多层介质和凹槽结构中的石墨烯表面等离子体波导特性的研究
发布时间：2020-09-11 15:35
石墨烯具有二维单层碳原子结构,由碳原子按照六边形蜂窝状排列形成。石墨烯以优异的物理、化学性质,受到了广泛的关注和研究,可被应用于能量存储、光学传感等方面。石墨烯表面等离子体是石墨烯在光学领域里一项重要的研究方向,为实现可调控的纳米光电器件和全光集成电路提供了可能。本论文的研究内容如下:研究了单层和多层石墨烯的光学特性。对多层石墨烯结构,考虑了层间库仑耦合作用,研究了光电导对层数、层间距离、各层类型、介电环境和能级展宽的依赖关系。结果表明,通过光电导曲线和转折点数目可以获得石墨烯的层数和各层类型。在低频区介电环境、杂质或缺陷引起的能级宽度对多层结构中的光电导有明显影响,而层间距离对多层结构中的光电导影响较小。单层石墨烯的光电导包含实部和虚部。由于其虚部可正可负,石墨烯能够传输TE和TM两种模式的表面等离子体波。基于Maxwell方程和石墨烯边界条件,着重研究了石墨烯光电导和不同的介质材料(介电常数不同)对TE模石墨烯表面等离子体波及波导的影响。计算表明,在近红外波段TE模的石墨烯表面等离子体波对周围介质材料极其敏感。通过控制石墨烯两侧介质介电常数的微小差值,可以增强石墨烯TE模表面等离子波的约束性,并且降低其损耗。另外,石墨烯光电导可以对其产生有效的调控作用。最后,设计了基于石墨烯表面等离子体的混合太赫兹波导传输结构。在高密度聚乙烯的三角凹槽上沉积石墨烯,利用相同材料进行覆盖,将砷化镓材料制备成圆柱杆插入夹角之间形成波导结构,然后通过有限元法对该波导结构的传输性能进行了分析和探究。结果表明石墨烯的光电导、砷化镓的尺寸、凹槽的角度,以及覆层的厚度对石墨烯表面等离子体混合波导的传输性能有很大的影响,而且该结构可以实现更小的传输模场和更低的传播损耗。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ127.11
【部分图文】：
石墨烯具有二维单层碳原子结构，由六边形结构排列形成，厚度只有０．３４邋ｍｎ。以逡逑单层石墨烯为基本结构单元，平行交错堆叠可以形成石墨，卷成一圈可以形成纳米碳管，逡逑而蜷曲成团可以形成富勒烯，如图１．１所示。虽然这些结构都可以由石墨烯构成，但是逡逑它们与石墨烯的某些性能方面存在很大的差异。逡逑S缅义贤迹保钡ゲ闶⒍训纬傻氖⑻寄擅坠芎颓蛐蔚母焕障┙峁故疽馔迹郏常蒎义鲜┠艽峁故侄捞兀煌谝话愕陌氲继宀牧希缤迹保菜尽１菊魇义舷┓衙啄芗叮χ碌募鄞罚贝抑系牡即罚海В看＃罚贝坏缱犹畛洌咏诼义洗榇梢钥闯墒强昭ㄌ畛洌咏诳沾＃罚贝耄么猿撇⑶蚁嘟唬坏闶遣祭镌ㄥ义希卞义
本文编号：2816851
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ127.11
【部分图文】：
石墨烯具有二维单层碳原子结构，由六边形结构排列形成，厚度只有０．３４邋ｍｎ。以逡逑单层石墨烯为基本结构单元，平行交错堆叠可以形成石墨，卷成一圈可以形成纳米碳管，逡逑而蜷曲成团可以形成富勒烯，如图１．１所示。虽然这些结构都可以由石墨烯构成，但是逡逑它们与石墨烯的某些性能方面存在很大的差异。逡逑S缅义贤迹保钡ゲ闶⒍训纬傻氖⑻寄擅坠芎颓蛐蔚母焕障┙峁故疽馔迹郏常蒎义鲜┠艽峁故侄捞兀煌谝话愕陌氲继宀牧希缤迹保菜尽１菊魇义舷┓衙啄芗叮χ碌募鄞罚贝抑系牡即罚海В看＃罚贝坏缱犹畛洌咏诼义洗榇梢钥闯墒强昭ㄌ畛洌咏诳沾＃罚贝耄么猿撇⑶蚁嘟唬坏闶遣祭镌ㄥ义希卞义
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