基于石墨烯表面等离激元与极化激元的传输特性的研究
发布时间：2021-11-12 20:42
当前,日新月异的光通信技术为光子集成器件的迅速发展创造了一个很好的契机。在微纳光子学方向中的深亚波长范围内有效控制光与物质的相互作用已经成为了人们研究的热点。入射光子和金属表面自由电子气之间的共振会激发表面等离子体激元,它对光场分布具有强局域限制性,这有利于光传输器件的集成化和微型化的实现。石墨烯是一种新型光电二维材料,因为它有着独特的能带结构、电子输运特性以及能够同硅基半导体工艺相兼容,在学术研究和工业应用领域中受到了广泛的关注。石墨烯等离子体激元同传统的金属表面等离子体极化波相比,在从中红外到太赫兹波段范围内连续电学可调,并且具备本征损耗低和对光场限制能力强等优势。对于光学系统而言,光波导与光调制器又是非常重要的光子器件。因此本论文在研究混合波导的基础上,对基于石墨烯等离激元的调制器进行了详细探索。本论文的主要工作表现在以下几个方面:（1）通过大量查阅与石墨烯表面等离激元相关的国内外文献以及近年来的研究成果,首先对混合表面等离子体波导和石墨烯调制器的研究背景、现状与应用前景等给出了相应的分析和介绍。（2）结合麦克斯韦方程组和物质的本构方程,推导出金属与介质分界面表面等离子体极化波的...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硅基光电芯片上器件集成示意图
而是被强烈限制在了二维间隙平面上（图 1.2 (c), (d)），同时，还实现了很长的传播距离。图1.2 混合模式的电磁场能量密度分布仿真图，(a) [d,h ] = [400, 100] nm, (b) [d,h ] = [200, 100] nm,(c) [d,h ] = [200, 2] nm 和 (d) [d,h ] = [400, 2] nm他们提出的这种新型低损耗的深亚波长混合等离子体光波导是通过调整波导的几何尺寸来控制圆柱波导模式与 SPP 波导模式间的耦合作用，得到的混合模式优于单纯的圆柱硅波导以及等离子体波导。不仅实现了高增益的半导体材料和金属等离子体的集成，还提供了波导损耗补偿技术以及主动操纵纳米级光场的方案，对以后的研究有很大的启发。2009 年，浙江大学国家重点实验室的戴道锌和何赛灵教授提出了硅基混合等离子体波导[13]。凸起的绝缘衬底上硅（SOI）与顶层金属（Ag）中间夹了一层二氧化硅(SiO2)，如图 1.3 (a)横截面结构所示。在硅和金属银之间的二氧化硅层厚度大时（例如 0.5 μm），基本模式被限制在硅中，金属层几乎不会影响模式的分布，该结构就类似于硅纳米线。当二氧化硅厚度变小（例如 50 nm）时
co的关系图1.4 (a) 长程混合 SPP 波导[14, 15]，(b) 混合楔形 SPP 波导[16]的结构、模式场分布和归一化功率密度沿 x = 0 的分布，(c) 长程混合楔形等离子体波导 (LRHWP)[17]的三维结构图
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯光学性质及其应用研究进展[J]. 姜小强,刘智波,田建国. 物理学进展. 2017(01)
[2]石墨烯光纤及其应用[J]. 毕卫红,马敬云,杨凯丽,田朋飞,王晓愚,李彩丽. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[3]覆石墨烯微纳光纤双折射与电光调控特性[J]. 毕卫红,李彩丽,王晓愚,付广伟,付兴虎,杨凯丽,马敬云. 光学学报. 2016(10)
[4]外延生长碳化硅-石墨烯薄膜的制备及表征研究[J]. 张学敏,张立国,钮应喜,鞠涛,李哲,范亚明,杨霏,张泽洪,张宝顺. 功能材料. 2015(04)
[5]石墨烯的生物安全性研究进展[J]. 田甜,吕敏,田旸,孙艳红,李晓霞,樊春海,黄庆. 科学通报. 2014(20)
[6]通过“点击化学”对石墨烯和氧化石墨烯进行功能化改性[J]. 来常伟,孙莹,杨洪,张雪勤,林保平. 化学学报. 2013(09)
[7]Drude的金属经典电子论（1900）与超导体的London方程（1935）[J]. 陈秉乾,王稼军,程福臻. 大学物理. 2007(11)
博士论文
[1]全内反射下石墨烯的光学性质及应用[D]. 邢飞.南开大学 2014
硕士论文
[1]混合等离子体波导结构中光传播和场局域特性研究[D]. 翟惠霖.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于物理吸收和薄膜厚度的贵金属介电参数Lorentz-Drude模型优化分析研究[D]. 李建明.兰州大学 2014
[3]石墨烯光调制器基础研究[D]. 唐琳峰.电子科技大学 2014
[4]半导体基大面积纳米石墨烯膜的转移制备及其光电特征[D]. 公金辉.华中科技大学 2013
[5]石墨烯纳米条带电导的平均问题[D]. 赵冬艳.吉林大学 2009
本文编号：3491624
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硅基光电芯片上器件集成示意图
而是被强烈限制在了二维间隙平面上（图 1.2 (c), (d)），同时，还实现了很长的传播距离。图1.2 混合模式的电磁场能量密度分布仿真图，(a) [d,h ] = [400, 100] nm, (b) [d,h ] = [200, 100] nm,(c) [d,h ] = [200, 2] nm 和 (d) [d,h ] = [400, 2] nm他们提出的这种新型低损耗的深亚波长混合等离子体光波导是通过调整波导的几何尺寸来控制圆柱波导模式与 SPP 波导模式间的耦合作用，得到的混合模式优于单纯的圆柱硅波导以及等离子体波导。不仅实现了高增益的半导体材料和金属等离子体的集成，还提供了波导损耗补偿技术以及主动操纵纳米级光场的方案，对以后的研究有很大的启发。2009 年，浙江大学国家重点实验室的戴道锌和何赛灵教授提出了硅基混合等离子体波导[13]。凸起的绝缘衬底上硅（SOI）与顶层金属（Ag）中间夹了一层二氧化硅(SiO2)，如图 1.3 (a)横截面结构所示。在硅和金属银之间的二氧化硅层厚度大时（例如 0.5 μm），基本模式被限制在硅中，金属层几乎不会影响模式的分布，该结构就类似于硅纳米线。当二氧化硅厚度变小（例如 50 nm）时
co的关系图1.4 (a) 长程混合 SPP 波导[14, 15]，(b) 混合楔形 SPP 波导[16]的结构、模式场分布和归一化功率密度沿 x = 0 的分布，(c) 长程混合楔形等离子体波导 (LRHWP)[17]的三维结构图
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯光学性质及其应用研究进展[J]. 姜小强,刘智波,田建国. 物理学进展. 2017(01)
[2]石墨烯光纤及其应用[J]. 毕卫红,马敬云,杨凯丽,田朋飞,王晓愚,李彩丽. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[3]覆石墨烯微纳光纤双折射与电光调控特性[J]. 毕卫红,李彩丽,王晓愚,付广伟,付兴虎,杨凯丽,马敬云. 光学学报. 2016(10)
[4]外延生长碳化硅-石墨烯薄膜的制备及表征研究[J]. 张学敏,张立国,钮应喜,鞠涛,李哲,范亚明,杨霏,张泽洪,张宝顺. 功能材料. 2015(04)
[5]石墨烯的生物安全性研究进展[J]. 田甜,吕敏,田旸,孙艳红,李晓霞,樊春海,黄庆. 科学通报. 2014(20)
[6]通过“点击化学”对石墨烯和氧化石墨烯进行功能化改性[J]. 来常伟,孙莹,杨洪,张雪勤,林保平. 化学学报. 2013(09)
[7]Drude的金属经典电子论（1900）与超导体的London方程（1935）[J]. 陈秉乾,王稼军,程福臻. 大学物理. 2007(11)
博士论文
[1]全内反射下石墨烯的光学性质及应用[D]. 邢飞.南开大学 2014
硕士论文
[1]混合等离子体波导结构中光传播和场局域特性研究[D]. 翟惠霖.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于物理吸收和薄膜厚度的贵金属介电参数Lorentz-Drude模型优化分析研究[D]. 李建明.兰州大学 2014
[3]石墨烯光调制器基础研究[D]. 唐琳峰.电子科技大学 2014
[4]半导体基大面积纳米石墨烯膜的转移制备及其光电特征[D]. 公金辉.华中科技大学 2013
[5]石墨烯纳米条带电导的平均问题[D]. 赵冬艳.吉林大学 2009
本文编号：3491624
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