基于梳型石墨烯微纳结构的表面等离子体激元传输特性研究

发布时间：2025-01-18 15:36

　　近年来,光通信领域的发展导致了对各类光电滤波器件的需求不断高涨,引发了对更加小型化、集成化的光学滤波器的需要。表面等离激元是一种特殊的电磁波,可在金属与介质表面传播,利用其高度局域性的特点,能够突破衍射极限,构建远小于工作频段波长尺寸的滤波器件。在过去的数十年对金属表面等离激元器件的研究遇到了工作频段受限、制备成型之后难以调节的难题。石墨烯的发现为表面等离激元的应用带来了新的可能,其支持太赫兹到中红外频率范围表面等离子体共振,拥有远大于金属的等离激元工作频段。此外,石墨烯的自由载流子浓度可以由化学掺杂,门电路等方法来控制,进而实现对器件特性的实时调控。基于表面等离激元效应的石墨烯滤波器正日益成为光电子器件的研究热点。本论文着力于基于石墨烯纳米带的表面等离激元滤波器设计。首先研究石墨烯纳米带中SPP的物理参数建模、色散特性、模式分布规律、调控方法等,在此基础上设计滤波器结构,并利用相关数值计算算法对所设计的结构进行仿真计算与分析验证,探索了部分结构的物理机制,深入讨论了各参数对滤波器传输效率的影响。本论文的工作为制造基于石墨烯纳米带的超微型表面等离激元滤波器提供了理论依据,对实现大规模集成...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1Wood在实验中观测到的异常光现象，实验结果显示，经过光栅后p偏振光的衍射图像

21.2表面等离激元简介1.2.1表面等离激元的发现科学探索进入20世纪之后，随着设备制造与观测技术的进步，一些使用经典理论难以解释的现象在微纳尺度被观测出来。1902年天文学家Wood使用白炽灯连续照射一周期性光栅时发现在特定情况下，衍射图样会出现明暗条纹的现象如图1.1所示，....

图1.2Wood异常实验与散射效率理论对比，(a)银光栅s偏振(b)p偏振散射图

第一章绪论4了传统光学中的衍射极限，为表面等离激元的应用开辟了广阔新前景。图1.2Wood异常实验与散射效率理论对比，(a)银光栅s偏振(b)p偏振散射图。实线为实验结果，虚线代表理论计算结果，点虚线表示理论计算在完全散射条件下的结果，点线表示理论在完美导体模型假设下的计算值[6....

图1.3SPP模式共振展示图

合肥工业大学硕士学位论文5有场分布、色散关系、传播距离等。图1.3SPP模式共振展示图。图中为(a)波导型与(b)局域性SPP共振示意图，蓝色/红色的深浅程度代表电子/空穴的稠密程度，实线代表电场线[12]Fig1.3SPPmoderesonancemap(a)waveguide....

图1.4通过机械剥离制备的石墨烯及石墨烯的能带示意图(a)(b)电学调控石墨烯掺杂浓度的实验结构电镜图(c)石墨烯第一布里渊区能带结构示意图(d)石墨烯封闭型能带结构狄拉克点示意图[17,18]

第一章绪论6衰减。由此可以定义电场衰减至最大值的1/e时在介质中的穿透距离为趋肤深度[11]：^1zizk=(7)1.3石墨烯简介及石墨烯表面等离激元1.3.1石墨烯的独特优势随着对表面等离激元研究的逐渐推进，21世纪之后在对表面等离激元的研究中，传统金属材料逐渐显露出一些局限性....

本文编号：4028801