基于石墨烯的等离激元器件的光学性能调控研究
发布时间：2020-12-25 17:27
科学技术的迅猛发展使得电子芯片的集成度成倍增加,根据摩尔定律的预测,未来几十年内电子芯片的集成度即将达到极限,想要在本质上提高电子器件的工作性能需要另寻其它途径。相较于电子,光子具有更快的传播速度,更高的容错率,且其自身的抗干扰能力更强,因此利用光子来代替电子,制备出高性能、高集成度的光子器件现今已成为一项基础性的研究课题。而超构光子学正是一门研究如何利用光子器件来代替现有电子器件的新兴学科。其中通过在超材料或超表面上激发表面等离激元可以实现许多新奇的物理效应,如:光学旋转效应、光的不对称透射、圆二色向性、超透镜、异常折射等。然而,传统的超构材料是由金属构建而成,因缺乏主动调控能力而大大限制了其应用范围。针对这一问题,本文利用金属的表面等离激元特性与新兴的二维材料石墨烯相结合,设计了几种可调控的微纳光子学器件,以期为未来集成光学的发展提供一些可行的设计方案,其主要内容包括:1.基于石墨烯的可调控特性,设计一种石墨烯加载的等离激元单向耦合器。该结构由不对称金属纳米天线对加载在石墨烯杂化波导上构成。通过纳米天线激发金属的表面等离激元,利用石墨烯调控不对称纳米天线对的辐射相位,进而实现了单电...
【文章来源】：广西师范大学广西壮族自治区
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)3D的金属结构原理图;(b)不对称因子随入射光频率的变化;(c)光学旋转角和透射率随入射光的变化
广西师范大学硕士学位论文1.2 圆二向色性圆偏振光是指在光的传播方向上，任意一场点的电矢量端点在垂直波传播方向的平面描绘出一个圆，电矢量端点的圆运动轨迹是顺时针方向的，我们称之为左旋圆偏振（LCP）运动轨迹是逆时针方向的，则为右旋圆偏振（RCP）[4]。圆折射率可以写成复数的形式，果左、右旋圆折射率的虚部不同，则表示左、右旋圆偏振光通过样品的吸收率不同，我将材料呈现出的这种特性称之为光的圆二色向性，由圆二色性可计算圆二色谱（CD），面给出 CD 计算公式：R L L R L RCD = A A = T T + R R（1.5）其中，通过样品时左、右旋圆偏振光的吸收率分别用 AR和 AL表示，样品的透射和反分别用 TL、TR、RL、RR表示。
广西师范大学硕士学位论文研究的基础上，2017年南京大学的王淑明研究员等人利用超表面结构解决了超透镜在连续宽频带上存在色差的问题（图1-3所示）。该设计方案主要利用了特殊排列的金属纳米棒的多个共振之间产生的线性相位区域，通过将几何相位与集成共振相结合，从而成功设计出了满足消色差聚焦透镜要求的微结构单元。对于设计的整个反射型超构透镜样品，其镜片的直径约55 μm，薄膜的厚度小于100 nm，其光学测试显示的波段内，反射型聚焦透镜得到了很好的消色差聚焦效果，与理论设计很符合，同时，其带宽达到了480 nm，已经接近中心波长的1/3，是目前报道过的最大的消色差带宽[7][8]。该项研究具有很强的扩展性和通用性
【参考文献】：
期刊论文
[1]超构光子技术新突破——实现超薄宽带消色差光学器件[J]. 王漱明,李涛,祝世宁. 物理. 2017(12)
[2]基于石墨烯加载的不对称纳米天线对的表面等离激元单向耦合器[J]. 邓红梅,黄磊,李静,陆叶,李传起. 物理学报. 2017(14)
[3]Giant Asymmetric Transmission and Optical Rotation of a Three-Dimensional Metamaterial[J]. 黄磊,范云辉,武山,于立志. Chinese Physics Letters. 2015 (09)
[4]表面等离激元研究新进展[J]. 王振林. 物理学进展. 2009(03)
博士论文
[1]基于石墨烯的新型微纳电子器件研究[D]. 田禾.清华大学 2015
硕士论文
[1]不对称金属微结构的光学性能调控研究[D]. 黄磊.广西师范大学 2017
本文编号：2938087
【文章来源】：广西师范大学广西壮族自治区
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)3D的金属结构原理图;(b)不对称因子随入射光频率的变化;(c)光学旋转角和透射率随入射光的变化
广西师范大学硕士学位论文1.2 圆二向色性圆偏振光是指在光的传播方向上，任意一场点的电矢量端点在垂直波传播方向的平面描绘出一个圆，电矢量端点的圆运动轨迹是顺时针方向的，我们称之为左旋圆偏振（LCP）运动轨迹是逆时针方向的，则为右旋圆偏振（RCP）[4]。圆折射率可以写成复数的形式，果左、右旋圆折射率的虚部不同，则表示左、右旋圆偏振光通过样品的吸收率不同，我将材料呈现出的这种特性称之为光的圆二色向性，由圆二色性可计算圆二色谱（CD），面给出 CD 计算公式：R L L R L RCD = A A = T T + R R（1.5）其中，通过样品时左、右旋圆偏振光的吸收率分别用 AR和 AL表示，样品的透射和反分别用 TL、TR、RL、RR表示。
广西师范大学硕士学位论文研究的基础上，2017年南京大学的王淑明研究员等人利用超表面结构解决了超透镜在连续宽频带上存在色差的问题（图1-3所示）。该设计方案主要利用了特殊排列的金属纳米棒的多个共振之间产生的线性相位区域，通过将几何相位与集成共振相结合，从而成功设计出了满足消色差聚焦透镜要求的微结构单元。对于设计的整个反射型超构透镜样品，其镜片的直径约55 μm，薄膜的厚度小于100 nm，其光学测试显示的波段内，反射型聚焦透镜得到了很好的消色差聚焦效果，与理论设计很符合，同时，其带宽达到了480 nm，已经接近中心波长的1/3，是目前报道过的最大的消色差带宽[7][8]。该项研究具有很强的扩展性和通用性
【参考文献】：
期刊论文
[1]超构光子技术新突破——实现超薄宽带消色差光学器件[J]. 王漱明,李涛,祝世宁. 物理. 2017(12)
[2]基于石墨烯加载的不对称纳米天线对的表面等离激元单向耦合器[J]. 邓红梅,黄磊,李静,陆叶,李传起. 物理学报. 2017(14)
[3]Giant Asymmetric Transmission and Optical Rotation of a Three-Dimensional Metamaterial[J]. 黄磊,范云辉,武山,于立志. Chinese Physics Letters. 2015 (09)
[4]表面等离激元研究新进展[J]. 王振林. 物理学进展. 2009(03)
博士论文
[1]基于石墨烯的新型微纳电子器件研究[D]. 田禾.清华大学 2015
硕士论文
[1]不对称金属微结构的光学性能调控研究[D]. 黄磊.广西师范大学 2017
本文编号：2938087
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2938087.html
