多壁碳纳米管阵列的光子学结构及特性研究

发布时间：2017-10-06 01:44

  本文关键词：多壁碳纳米管阵列的光子学结构及特性研究

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【摘要】：碳纳米管因其独特的结构和物理、化学特性,被认为是当代材料科学的一项重大突破。其中多壁碳纳米管可看做是由两个以上不同直径的石墨烯层卷曲而成。多壁碳纳米管在波长量级上的周期性阵列,可构成基于多壁碳纳米管的光子晶体结构。本论文利用有限元方法建立物理模型进行研究和分析。由于碳纳米管阵列的介电响应依赖波长的变化且具有各向异性的特点,我们使用Drude-Lorentz谐振子模型来表示,分别研究在不同偏振态TE、TM入射光作用下阵列结构的光子学特性。结果表明,TE偏振波入射该阵列结构透射谱中出现了强烈的等离子体截止效应。通过透射谱以及电场分布图研究了多壁碳纳米管阵列中的缺陷波导结构,分析其原本处于光子带隙的频率被局域在缺陷中并沿着缺陷传输的特性。根据不同偏振态对缺陷的敏感度不同,设计了可以实现低损耗、低串扰,而且工作波长范围较宽的基于多壁碳纳米管阵列的偏振分束器。利用有限元算法稳态求解器解决非线性特征值问题,得到所设计结构的色散关系曲线,从而得到不同激发模式的传播常数,从理论上预测自成像现象。再通过建立仿真模型分析了多壁碳纳米管阵列在可见光波段出现的由多模干涉引起的自成像现象。模型仿真结果与理论计算一致。通过分析得到,多模波导中的成像位置和泰伯距离都会随着管径的增大而增加。
【关键词】：多壁碳纳米管 阵列 光子晶体 偏振分束器 自成像
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-6
• 第一章 绪论6-18
• 1.1 碳纳米管6-9
• 1.1.1 碳纳米管简介6-7
• 1.1.2 碳纳米管的制备7-8
• 1.1.3 碳纳米管的应用8-9
• 1.2 光子晶体9-14
• 1.2.1 光子晶体简介9-11
• 1.2.2 光子晶体的特性11-13
• 1.2.3 光子晶体的应用13-14
• 1.3 数值模拟方法-有限元法14-16
• 1.4 选题目的及意义16
• 1.5 本文的主要内容和结构安排16-18
• 第二章 碳纳米管阵列的光学特性18-27
• 2.1 多壁碳纳米管的光学特性18
• 2.2 介电函数18-20
• 2.3 多壁碳纳米管阵列的透射谱20-21
• 2.4 传输特性分析21-25
• 2.5 电场传输特性25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 基于多壁碳纳米管阵列的光子学结构27-37
• 3.1 线缺陷波导27-29
• 3.2 点缺陷波导29-31
• 3.3 偏振分束器31-33
• 3.4 偏振分束器的设计与分析33-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第四章 多壁碳纳米管阵列中的自成像现象37-47
• 4.1 自成像现象简介37-38
• 4.2 自成像基本原理38-40
• 4.3 模型建立40-41
• 4.4 理论计算41-43
• 4.5 仿真结果与分析43-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第五章 总结与展望47-49
• 5.1 总结47
• 5.2 展望47-49
• 参考文献49-55
• 攻读学位期间发表的论文及研究成果55-56
• 致谢56-57

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本文编号：980026