基于磁光材料的磁可调石墨烯多带吸收特性
发布时间：2021-11-02 21:20
为了改善石墨烯的吸收性能,基于石墨烯的磁光效应,提出了一种采用磁性材料构成的光子晶体异质结构。该光学结构可使石墨烯实现多带吸收。吸收带的数目可通过改变光子晶体的周期数来调节。利用4×4传输矩阵法数值研究了该光子晶体异质结构的相关参数对石墨烯吸收率的影响。结果表明:石墨烯的吸收特性表现出一定的磁圆二色性。但通过调节费米能量,在外磁场的作用,左旋圆偏振光和右旋圆偏振光均可具有较高的吸收率。研究结果为偏振光学领域石墨烯基新型光子学器件的设计制作提供了理论依据。
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(21)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光子晶体异质结构示意图
在一定的结构参数下,利用4×4传输矩阵法,计算得到几种光学结构的吸收谱如图2所示。设垂直入射的光波为线偏振光。线偏振光可以分解为两个旋向相反的左、右旋圆偏振光。左旋圆偏振(left-handed circularly polarized,LCP)光和右旋圆偏振 (right-handed circularly polarized,RCP,)光在不同的光学结构中传播时,吸收特性会存在一定的差异。由计算结果可以看出,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。计算中,光子晶体的周期数P、Q均取10,磁性材料M为Ce:YIG,其介电张量元εxx=4.884,εxy=0.009i[16]。计算中和石墨烯的相关参数取值:费米速度vF=1×106 m/s,散射率Γ=20π meV/h。2个石墨烯层的费米能量EF均取-0.34 eV[8]。计算中除石墨烯外,其他各层材料的光学厚度满足nMdM1=nHdH1=nLdL1=λ01/4和nMdM2=nHdH2=nLdL2=λ02/4。这里nM(nH, nL)和dM1(dH1, dL1)分别为相关材料的折射率和几何厚度;λ01和λ02为设计波长,λ01=70 μm[8],λ02=90 μm。由图2(a)可以看出,结构GM1(H1L1)10在设计波长λ01为中心的波段范围内出现一个宽吸收带,这一结果与Rashidi等[8]的计算结果一致。而对结构GM2(H2L2)10,宽吸收带则出现在以设计波长λ02为中心的波段范围内。由图2可以看出,设计波长不同宽吸收带的位置也不同。当以上述两个结构为基础构成一个异质结构,吸收谱发生了较大的变化,除了原有的宽吸收带外,又出现多个吸收率较高的窄吸收带。由计算结果可以看出,GM1(H1L1)10和GM2(H2L2)10的排列顺序不同,吸收谱也不同。当把GM1(H1L1)10放置在前面时,以设计波长λ01为中心的宽吸收带的位置保持不变,在该宽吸收带后出现多个窄吸收带。而把GM2(H2L2)10放置在前面时,以设计波长λ02为中心的宽吸收带的位置保持不变,在该宽吸收带前出现多个明显的窄吸收带。综合图2可以看出,设计波长和两光子晶体结构的排列顺序对吸收谱均有影响,在实际中可根据需要进行选择。
对所提出的结构GM(H1L1)PGM(H2L2)Q,首先考察一下周期数P、Q对其吸收特性的影响。设异质结构中M2的光学厚度与M1相同,二者均用M表示。图3为P = 10时周期数Q对吸收的影响。图4为Q = 10时周期数P对吸收的影响。由图3、图4可以看出,当周期数P、Q足够大时,它们的变化几乎对宽吸收带没有影响。对窄吸收带,P和Q的影响是不同的。这主要表现在吸收带的个数上,比较图3、图4可以明显地看出,P越大,窄吸收带的数目就越多。图4 Q=10时周期数P对吸收谱的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯作为润滑油添加剂在高温工况下的摩擦学性能[J]. 付景国,李思远,马圣林,朱新河,王静思. 科学技术与工程. 2019(11)
[2]金属-石墨烯光子晶体复合结构多带光吸收器设计中金属材料的选择[J]. 武继江,高金霞. 科学技术与工程. 2019(10)
[3]基于银纳米颗粒/还原氧化石墨烯的复合物修饰玻碳电极对对硝基苯酚的电化学检测[J]. 李垚桦,郝润芳,桑胜波,李丹,程永强. 科学技术与工程. 2018(05)
[4]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)
本文编号：3472390
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(21)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光子晶体异质结构示意图
在一定的结构参数下,利用4×4传输矩阵法,计算得到几种光学结构的吸收谱如图2所示。设垂直入射的光波为线偏振光。线偏振光可以分解为两个旋向相反的左、右旋圆偏振光。左旋圆偏振(left-handed circularly polarized,LCP)光和右旋圆偏振 (right-handed circularly polarized,RCP,)光在不同的光学结构中传播时,吸收特性会存在一定的差异。由计算结果可以看出,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。计算中,光子晶体的周期数P、Q均取10,磁性材料M为Ce:YIG,其介电张量元εxx=4.884,εxy=0.009i[16]。计算中和石墨烯的相关参数取值:费米速度vF=1×106 m/s,散射率Γ=20π meV/h。2个石墨烯层的费米能量EF均取-0.34 eV[8]。计算中除石墨烯外,其他各层材料的光学厚度满足nMdM1=nHdH1=nLdL1=λ01/4和nMdM2=nHdH2=nLdL2=λ02/4。这里nM(nH, nL)和dM1(dH1, dL1)分别为相关材料的折射率和几何厚度;λ01和λ02为设计波长,λ01=70 μm[8],λ02=90 μm。由图2(a)可以看出,结构GM1(H1L1)10在设计波长λ01为中心的波段范围内出现一个宽吸收带,这一结果与Rashidi等[8]的计算结果一致。而对结构GM2(H2L2)10,宽吸收带则出现在以设计波长λ02为中心的波段范围内。由图2可以看出,设计波长不同宽吸收带的位置也不同。当以上述两个结构为基础构成一个异质结构,吸收谱发生了较大的变化,除了原有的宽吸收带外,又出现多个吸收率较高的窄吸收带。由计算结果可以看出,GM1(H1L1)10和GM2(H2L2)10的排列顺序不同,吸收谱也不同。当把GM1(H1L1)10放置在前面时,以设计波长λ01为中心的宽吸收带的位置保持不变,在该宽吸收带后出现多个窄吸收带。而把GM2(H2L2)10放置在前面时,以设计波长λ02为中心的宽吸收带的位置保持不变,在该宽吸收带前出现多个明显的窄吸收带。综合图2可以看出,设计波长和两光子晶体结构的排列顺序对吸收谱均有影响,在实际中可根据需要进行选择。
对所提出的结构GM(H1L1)PGM(H2L2)Q,首先考察一下周期数P、Q对其吸收特性的影响。设异质结构中M2的光学厚度与M1相同,二者均用M表示。图3为P = 10时周期数Q对吸收的影响。图4为Q = 10时周期数P对吸收的影响。由图3、图4可以看出,当周期数P、Q足够大时,它们的变化几乎对宽吸收带没有影响。对窄吸收带,P和Q的影响是不同的。这主要表现在吸收带的个数上,比较图3、图4可以明显地看出,P越大,窄吸收带的数目就越多。图4 Q=10时周期数P对吸收谱的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯作为润滑油添加剂在高温工况下的摩擦学性能[J]. 付景国,李思远,马圣林,朱新河,王静思. 科学技术与工程. 2019(11)
[2]金属-石墨烯光子晶体复合结构多带光吸收器设计中金属材料的选择[J]. 武继江,高金霞. 科学技术与工程. 2019(10)
[3]基于银纳米颗粒/还原氧化石墨烯的复合物修饰玻碳电极对对硝基苯酚的电化学检测[J]. 李垚桦,郝润芳,桑胜波,李丹,程永强. 科学技术与工程. 2018(05)
[4]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)
本文编号：3472390
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