一种多通道光吸收增强的石墨烯结构
发布时间：2021-11-20 13:00
为改善石墨烯的光吸收性能并实现多通道吸收,提出一种含间隔层的光子晶体异质结构。利用4×4传输矩阵法研究了设计波长、外磁场、费米能量和光子晶体周期数等参数对该结构吸收特性的影响。结果表明:由于石墨烯的磁光效应,在外磁场的作用下该结构的吸收特性表现出一定的磁圆二色性,且其多通道吸收特性可通过外磁场和费米能量来实现调节;吸收通道数和位置可通过设计波长、间隔层厚度和光子晶体的周期数等参数来调节。研究结果可为基于石墨烯的多通道光吸收器和磁圆二色性传感器等器件的设计提供参考。
【文章来源】：中国科技论文. 2020,15(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
石墨烯加载光子晶体结构示意图
本研究再次考察在结构G(H1L1)MD(H2L2)N中的光子晶体周期单元数M和N对多通道吸收特性的影响。计算结果表明,增大N和M均可使吸收带的数目增大,但相对而言,周期数M对吸收谱具有更大的影响。图7给出了N=10时周期数M对吸收谱的影响,可以看出,M越大,吸收通道数就越多。在实际中,可根据所需要的吸收通道数来选择光子晶体的周期数。间隔层D的厚度对吸收谱的影响,如图8所示。计算中,B=4 T,EF=-1.0 eV,间隔层厚度dD以λc=λ10/nD为单位。由图8可以看出,dD对2种圆偏振光的影响基本是一致的。还可看出,当dD=0时,即无间隔层D时,依然可以实现多通道吸收。但由图8可知,添加间隔层,通过调节其厚度,可在一定程度上实现对吸收通道数和通道位置的调节。
设入射光为线偏振光,对G(H1L1)MD(H2L2)N和G(H2L2)ND(H1L1)M这2种光学结构利用4×4传输矩阵法计算得到如图2所示的吸收谱。2种结构的差异在于构成异质结构的两光子晶体的前后顺序不同。为了比较,图2还给出了Kang等[8]所提出的结构(表示为G(HL)MD(LH)M)在当前所采用的介电模型下的吸收谱。类似于文献[16],电介质材料D、H、L分别采用SiC、Si、SiO2。计算中,光子晶体的周期单元数均取为10,而石墨烯的相关参数取值如下:费米能量EF=-0.34 eV,费米速度vF=1×106 m/s,散射率Γ=10 meV/h,外磁场B=3 T。除石墨烯外,其他各层材料的光学厚度满足nDdD=nHdH=nLdL=nHdH1=nLdL1=λ10/4和nHdH2=nLdL2=λ20/4,本文λ10和λ20为设计波长。与文献[16]类似,取λ10=70 μm,λ20=90 μm。线偏振光可以看作由2个旋向相反的左、右旋圆偏振光叠加而成。在外磁场的作用下,由图2可以看出,左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)在各种结构中传播时,吸收特性存在一定的差异。在当前计算参数下,左旋圆偏振光的吸收率要大于右旋圆偏振光的吸收率,表现出一定的磁圆二色性。2种圆偏振光的吸收存在一定的差异与石墨烯的介电张量元有关。在计算中,除石墨烯外,均没有考虑其他介质材料的吸收,因此图2所示3种结构的吸收完全是由石墨烯完成的。在当前参数下,式(2)所给出的2个介电张量元的虚部在量值上是不同的。石墨烯的吸收特性与其介电张量密切相关,而2种圆偏振光所依赖的介电张量元存在一定的差异,正是这种差异,使得在当前参数下左旋圆偏振光的吸收率要大于右旋圆偏振光的吸收率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于金属光栅实现石墨烯三通道光吸收增强[J]. 江孝伟,武华,袁寿财. 物理学报. 2019(13)
[2]拉伸石墨烯中缺陷电子态的研究[J]. 李杨,孔潇,吴亚杰,何敬,王薇,寇谡鹏. 中国科技论文. 2018(18)
[3]利用窄刻槽金属光栅实现石墨烯双通道吸收增强[J]. 高健,桑田,李俊浪,王啦. 物理学报. 2018(18)
[4]改性剂对石墨烯填充碳纤维/PTFE摩擦磨损性能的影响规律研究[J]. 殷向,叶鹏鹏,吴健,陆小华,冯新. 中国科技论文. 2018(06)
[5]石墨烯诱导的二硫化钼空穴导电[J]. 徐康,刘尓富,缪峰. 中国科技论文. 2018(05)
[6]Tunable and multichannel terahertz perfect absorber due to Tamm surface plasmons with graphene[J]. XI WANG,XING JIANG,QI YOU,JUN GUO,XIAOYU DAI,YUANJIANG XIANG. Photonics Research. 2017(06)
[7]Cu基底双层石墨烯的可控制备[J]. 林俊,王伟伟,陈鹭琛,应豪,陈珊珊. 中国科技论文. 2017(04)
本文编号：3507374
【文章来源】：中国科技论文. 2020,15(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
石墨烯加载光子晶体结构示意图
本研究再次考察在结构G(H1L1)MD(H2L2)N中的光子晶体周期单元数M和N对多通道吸收特性的影响。计算结果表明,增大N和M均可使吸收带的数目增大,但相对而言,周期数M对吸收谱具有更大的影响。图7给出了N=10时周期数M对吸收谱的影响,可以看出,M越大,吸收通道数就越多。在实际中,可根据所需要的吸收通道数来选择光子晶体的周期数。间隔层D的厚度对吸收谱的影响,如图8所示。计算中,B=4 T,EF=-1.0 eV,间隔层厚度dD以λc=λ10/nD为单位。由图8可以看出,dD对2种圆偏振光的影响基本是一致的。还可看出,当dD=0时,即无间隔层D时,依然可以实现多通道吸收。但由图8可知,添加间隔层,通过调节其厚度,可在一定程度上实现对吸收通道数和通道位置的调节。
设入射光为线偏振光,对G(H1L1)MD(H2L2)N和G(H2L2)ND(H1L1)M这2种光学结构利用4×4传输矩阵法计算得到如图2所示的吸收谱。2种结构的差异在于构成异质结构的两光子晶体的前后顺序不同。为了比较,图2还给出了Kang等[8]所提出的结构(表示为G(HL)MD(LH)M)在当前所采用的介电模型下的吸收谱。类似于文献[16],电介质材料D、H、L分别采用SiC、Si、SiO2。计算中,光子晶体的周期单元数均取为10,而石墨烯的相关参数取值如下:费米能量EF=-0.34 eV,费米速度vF=1×106 m/s,散射率Γ=10 meV/h,外磁场B=3 T。除石墨烯外,其他各层材料的光学厚度满足nDdD=nHdH=nLdL=nHdH1=nLdL1=λ10/4和nHdH2=nLdL2=λ20/4,本文λ10和λ20为设计波长。与文献[16]类似,取λ10=70 μm,λ20=90 μm。线偏振光可以看作由2个旋向相反的左、右旋圆偏振光叠加而成。在外磁场的作用下,由图2可以看出,左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)在各种结构中传播时,吸收特性存在一定的差异。在当前计算参数下,左旋圆偏振光的吸收率要大于右旋圆偏振光的吸收率,表现出一定的磁圆二色性。2种圆偏振光的吸收存在一定的差异与石墨烯的介电张量元有关。在计算中,除石墨烯外,均没有考虑其他介质材料的吸收,因此图2所示3种结构的吸收完全是由石墨烯完成的。在当前参数下,式(2)所给出的2个介电张量元的虚部在量值上是不同的。石墨烯的吸收特性与其介电张量密切相关,而2种圆偏振光所依赖的介电张量元存在一定的差异,正是这种差异,使得在当前参数下左旋圆偏振光的吸收率要大于右旋圆偏振光的吸收率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于金属光栅实现石墨烯三通道光吸收增强[J]. 江孝伟,武华,袁寿财. 物理学报. 2019(13)
[2]拉伸石墨烯中缺陷电子态的研究[J]. 李杨,孔潇,吴亚杰,何敬,王薇,寇谡鹏. 中国科技论文. 2018(18)
[3]利用窄刻槽金属光栅实现石墨烯双通道吸收增强[J]. 高健,桑田,李俊浪,王啦. 物理学报. 2018(18)
[4]改性剂对石墨烯填充碳纤维/PTFE摩擦磨损性能的影响规律研究[J]. 殷向,叶鹏鹏,吴健,陆小华,冯新. 中国科技论文. 2018(06)
[5]石墨烯诱导的二硫化钼空穴导电[J]. 徐康,刘尓富,缪峰. 中国科技论文. 2018(05)
[6]Tunable and multichannel terahertz perfect absorber due to Tamm surface plasmons with graphene[J]. XI WANG,XING JIANG,QI YOU,JUN GUO,XIAOYU DAI,YUANJIANG XIANG. Photonics Research. 2017(06)
[7]Cu基底双层石墨烯的可控制备[J]. 林俊,王伟伟,陈鹭琛,应豪,陈珊珊. 中国科技论文. 2017(04)
本文编号：3507374
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