太赫兹及中红外频段石墨烯表面等离激元器件的研究
发布时间：2021-05-24 17:20
近年来,随着纳米加工和制备技术以及集成光子学的不断发展,人们对表面等离激元（SPPs）机理的研究逐渐广泛和深入,并使之成为一门新兴的学科。SPPs在纳米光子学领域中已经凸显出巨大的应用价值,未来SPPs的研究将向着多维化、实用化的方向发展。在过去的十几年里,针对SPPs的研究主要是围绕金、银等贵金属材料在可见光和近红外频段中展开的,而在太赫兹及中红外频段内等离子体器件的研究则相对比较薄弱。如何降低纳米尺度SPPs波导传输损耗及如何利用SPPs设计制备出各种新型、简便及高效的纳米光子学器件,成为摆在科研人员面前的一个难题。石墨烯的横空出世逐渐填补了SPPs在太赫兹及中红外频段的空白,使其在信息与通信、医学、军事、生物传感以及光谱学方面有着广泛的应用。石墨烯是由单层碳原子组成的零带隙半导体材料。对于本征石墨烯而言,费米能级EF分布于狄拉克点所在平面上。这种零带隙的能带结构极易受到各种因素,如外加电场、表面吸附、晶格变形以及掺杂等的影响而产生掺杂效应,导致石墨烯费米面远离狄拉克点。另外,石墨烯不仅具有贵金属材料所不具备的独特的可调节性,而且还具有优良的导电性。上述特点能够大大促进石墨烯在等离...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
论文中常用符号说明
第一章 绪论
1.1 表面等离激元器件研究背景
1.2 石墨烯简介
1.2.1 石墨烯的发现
1.2.2 石墨烯的制备方法
1.2.3 石墨烯电子结构及其相关特性
1.2.4 石墨烯的掺杂
1.3 石墨烯表面等离激元器件研究现状
1.4 数值计算方法
1.4.1 电磁计算方法介绍
1.4.2 有限元法
1.4.3 时域有限差分法
1.4.4 数值色散对空间及时间离散间隔的要求
1.4.5 边界条件设置(完美匹配层)
1.5 本论文研究内容及章节安排
1.6 参考文献
第二章 石墨烯色散关系及模式理论分析
2.1 波导的电磁理论基础
2.1.1 波动方程
2.1.2 亥姆霍兹方程
2.1.3 电磁场的边界连续性条件
2.1.4 波导中的TE及TM模式电磁场分量及其边界条件
2.2 横向大尺寸石墨烯表面电导率及其色散关系
2.2.1 石墨烯表面电导率半经典模型
2.2.2 置于半无穷大介质空间中的石墨烯色散关系
2.2.3 介质厚度可变的石墨烯色散关系
2.2.4 表面等离子体及石墨烯SPP的基本属性
2.2.5 石墨烯SPP激发方式
2.3 石墨烯纳米带SPP模式分析及色散关系
2.4 本章小结
2.5 参考文献
第三章 基于石墨烯SPP离散有效折射率分布的平板透镜
3.1 背景介绍
3.2 变焦距的石墨烯SPP聚焦透镜
3.2.1 石墨烯电场效应理论分析
3.2.2 石墨烯SPP聚焦透镜实现原理
3.2.3 仿真结果与分析
3.2.4 相关滤波系统设计
3.3 基于石墨烯SPP的半麦克斯韦鱼眼透镜
3.3.1 有效折射率方法理论分析与建模
3.3.2 数值仿真及性能分析
3.4 本章小结
3.5 参考文献
第四章 基于不同石墨烯横向尺度的布拉格反射器
4.1 背景介绍
4.2 介质厚度可调的基于波导模式的布拉格反射器
4.2.1 介质截至厚度分析与建模
4.2.2 仿真结果与截止厚度对反射器性能的影响
4.3 基于不同纳米带宽度的布拉格反射器
4.3.1 理论分析与建模
4.3.2 数值仿真与理论分析
4.4 本章小结
4.5 参考文献
第五章 基于石墨烯SPP边界模式的耦合元件
5.1 背景介绍
5.2 基于石墨烯纳米带SPP带通滤波器研究
5.2.1 滤波器结构建模及理论分析
5.2.2 数值仿真与性能分析
5.3 基于耦合模式理论的石墨烯EIT系统的研究
5.3.1 单个F-P谐振器的带阻滤波分析
5.3.2 基于F-P谐振耦合的EIT系统的分析
5.4 本章小结
5.5 参考文献
第六章 总结与展望
6.1 本论文的主要成果
6.2 论文存在的不足及后续工作
致谢
博士期间发表的学术论文、参与的项目及获得的奖励
附录 英文论文两篇
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3204565
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
论文中常用符号说明
第一章 绪论
1.1 表面等离激元器件研究背景
1.2 石墨烯简介
1.2.1 石墨烯的发现
1.2.2 石墨烯的制备方法
1.2.3 石墨烯电子结构及其相关特性
1.2.4 石墨烯的掺杂
1.3 石墨烯表面等离激元器件研究现状
1.4 数值计算方法
1.4.1 电磁计算方法介绍
1.4.2 有限元法
1.4.3 时域有限差分法
1.4.4 数值色散对空间及时间离散间隔的要求
1.4.5 边界条件设置(完美匹配层)
1.5 本论文研究内容及章节安排
1.6 参考文献
第二章 石墨烯色散关系及模式理论分析
2.1 波导的电磁理论基础
2.1.1 波动方程
2.1.2 亥姆霍兹方程
2.1.3 电磁场的边界连续性条件
2.1.4 波导中的TE及TM模式电磁场分量及其边界条件
2.2 横向大尺寸石墨烯表面电导率及其色散关系
2.2.1 石墨烯表面电导率半经典模型
2.2.2 置于半无穷大介质空间中的石墨烯色散关系
2.2.3 介质厚度可变的石墨烯色散关系
2.2.4 表面等离子体及石墨烯SPP的基本属性
2.2.5 石墨烯SPP激发方式
2.3 石墨烯纳米带SPP模式分析及色散关系
2.4 本章小结
2.5 参考文献
第三章 基于石墨烯SPP离散有效折射率分布的平板透镜
3.1 背景介绍
3.2 变焦距的石墨烯SPP聚焦透镜
3.2.1 石墨烯电场效应理论分析
3.2.2 石墨烯SPP聚焦透镜实现原理
3.2.3 仿真结果与分析
3.2.4 相关滤波系统设计
3.3 基于石墨烯SPP的半麦克斯韦鱼眼透镜
3.3.1 有效折射率方法理论分析与建模
3.3.2 数值仿真及性能分析
3.4 本章小结
3.5 参考文献
第四章 基于不同石墨烯横向尺度的布拉格反射器
4.1 背景介绍
4.2 介质厚度可调的基于波导模式的布拉格反射器
4.2.1 介质截至厚度分析与建模
4.2.2 仿真结果与截止厚度对反射器性能的影响
4.3 基于不同纳米带宽度的布拉格反射器
4.3.1 理论分析与建模
4.3.2 数值仿真与理论分析
4.4 本章小结
4.5 参考文献
第五章 基于石墨烯SPP边界模式的耦合元件
5.1 背景介绍
5.2 基于石墨烯纳米带SPP带通滤波器研究
5.2.1 滤波器结构建模及理论分析
5.2.2 数值仿真与性能分析
5.3 基于耦合模式理论的石墨烯EIT系统的研究
5.3.1 单个F-P谐振器的带阻滤波分析
5.3.2 基于F-P谐振耦合的EIT系统的分析
5.4 本章小结
5.5 参考文献
第六章 总结与展望
6.1 本论文的主要成果
6.2 论文存在的不足及后续工作
致谢
博士期间发表的学术论文、参与的项目及获得的奖励
附录 英文论文两篇
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3204565
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3204565.html
