石墨烯—贵金属复合阵列结构的设计、制备及光学特性研究
发布时间：2021-03-26 18:05
随着光电子技术不断朝着微型化、集成化发展,传统光学中的衍射极限问题成了制约该领域技术发展的瓶颈。表面等离激元（SPP）通常为在金属或半导体表面自由电子被激发后的集体振荡波,具有超衍射和局部电磁能量密度增强的特性,有望被广泛应用于超分辨成像、红外探测、生物传感等众多领域。然而,单一的金属结构器件的表面等离激元调制性能相对受限。以石墨烯为代表的二维材料具有很好的光学、电学可调制性能,基于石墨烯的金属微纳光学天线可在亚波长尺度上对表面等离激元进行更多参量的调控,通过合理地设计复合天线结构可获得全新的近场、远场光学物理特性。本论文结合石墨烯材料本身优异的光电调控特性,构建金属-石墨烯复合结构等离子体光学天线,研究其SPP在不同的干涉态下电磁能量转换转化机制,进而研究相应SPP干涉态下电磁能量转换及对石墨烯材料的能带结构的影响,最终得到复合结构光学天线的光电导调控规律。本论文主要研究内容包括以下几个部分:1.首先通过公式推导阐述金属-电介质表面产生SPP的机理,分别从激发光的两种偏振态（TM偏振和TE偏振）进行研究,利用Maxwell方程组、Helmholtz方程和电磁场的边界条件等公式推导出不...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２红外纳米成像实验及结果ａ近场激发石墨烯表面等离激元示意图；ｂ实??
Ｚ．Ｆｒｎ课题组随即在实验中通过用近场光学显微镜观察到石墨烯表面??上存在ＳＰＰ波，这是第一次在实验上能够观测到石墨烯表面等离激元，同时也验??证了其建模研究的正确性［８］。如图１－２所示，作者使用等离子体干涉测量法进行探??测，由于石墨烯片不是一个无限大平面，当近场显微镜的探针激发出ＳＰＰ，当ＳＰＰ??传播到石墨烯边缘处将会发生反射，而反射回来的ＳＰＰ与探针激发出的ＳＰＰ发生??干涉从而形成明暗交替的干涉条纹。除此之外，通过改变施加电压的方式调节表??面等离激元的振动幅度以及相位。??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１－２红外纳米成像实验及结果（ａ）近场激发石墨烯表面等离激元示意图；（ｂ）实??验测量出的近场电场振幅成像；（ｃ）不同栅压下激发出不同的表面等离激元波??长??１．２．２基于石墨烯的纳米天线研究进展??上一小节介绍了表面等离激元的由来，也提出了一种代替金属产生表面等离??激元的新兴材料－石墨烯，并且有学者从实验上进行了验证。那么这一小节将介绍??石墨烯纳米天线以及金属－石墨烯复合结构产生新颖效应的研究进展。??３??
?２０１１年，ＪｕＭ等人在硅和二氧化硅衬底上制备了周期性的石墨烯条状结构，并??在周期性结构两侧刻蚀了两个金电极，其结构如图１－３所示。作者通过在两个电极??间施加电压，从而调控该石墨烯等离子体的共振频率，除此之外他们也通过调整??相邻石墨烯条带之间的间距同样达到调控的效果，实现了在宽频谱对表面等离激??元的动态调节。??图１－３?ｇｒａｐｈｅｎｅ条带阵列示意图［９】??２０１４年，ＡｌｏｎｓｏＭＩ等人在石墨烯薄膜上放置金属天线，通过调控天线的结构??调控光场。如图１－４所示，凸出来的天线实现对等离子体激元的发散，凹进来的天??线实现对等离子体激元的聚焦。??１?＿??图１－４凸天线和凹天线的示意图＿??２０１６年，Ｍａｒｉｅｓ１］等人在金属天线附近构造石墨烯波导，通过天线和波导的设??计以增强和引导石墨烯中ＳＰＰ传播，如图１－５所示。一方面，他们通过优化天线??使得天线的方向性与表面等离子耦合；另一方面，他们还可以通过优化石墨烯波??导的结构或是石墨烯参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]低维纳米材料的近场光学表征[J]. 胡德波,戴庆. 科学通报. 2018(35)
[2]表面等离子体亚波长光学的研究[J]. 孙梅. 北京工商大学学报(自然科学版). 2009(01)
博士论文
[1]基于表面等离子体的V形天线的设计与研究[D]. 焦蛟.电子科技大学 2017
本文编号：3102017
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２红外纳米成像实验及结果ａ近场激发石墨烯表面等离激元示意图；ｂ实??
Ｚ．Ｆｒｎ课题组随即在实验中通过用近场光学显微镜观察到石墨烯表面??上存在ＳＰＰ波，这是第一次在实验上能够观测到石墨烯表面等离激元，同时也验??证了其建模研究的正确性［８］。如图１－２所示，作者使用等离子体干涉测量法进行探??测，由于石墨烯片不是一个无限大平面，当近场显微镜的探针激发出ＳＰＰ，当ＳＰＰ??传播到石墨烯边缘处将会发生反射，而反射回来的ＳＰＰ与探针激发出的ＳＰＰ发生??干涉从而形成明暗交替的干涉条纹。除此之外，通过改变施加电压的方式调节表??面等离激元的振动幅度以及相位。??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１－２红外纳米成像实验及结果（ａ）近场激发石墨烯表面等离激元示意图；（ｂ）实??验测量出的近场电场振幅成像；（ｃ）不同栅压下激发出不同的表面等离激元波??长??１．２．２基于石墨烯的纳米天线研究进展??上一小节介绍了表面等离激元的由来，也提出了一种代替金属产生表面等离??激元的新兴材料－石墨烯，并且有学者从实验上进行了验证。那么这一小节将介绍??石墨烯纳米天线以及金属－石墨烯复合结构产生新颖效应的研究进展。??３??
?２０１１年，ＪｕＭ等人在硅和二氧化硅衬底上制备了周期性的石墨烯条状结构，并??在周期性结构两侧刻蚀了两个金电极，其结构如图１－３所示。作者通过在两个电极??间施加电压，从而调控该石墨烯等离子体的共振频率，除此之外他们也通过调整??相邻石墨烯条带之间的间距同样达到调控的效果，实现了在宽频谱对表面等离激??元的动态调节。??图１－３?ｇｒａｐｈｅｎｅ条带阵列示意图［９】??２０１４年，ＡｌｏｎｓｏＭＩ等人在石墨烯薄膜上放置金属天线，通过调控天线的结构??调控光场。如图１－４所示，凸出来的天线实现对等离子体激元的发散，凹进来的天??线实现对等离子体激元的聚焦。??１?＿??图１－４凸天线和凹天线的示意图＿??２０１６年，Ｍａｒｉｅｓ１］等人在金属天线附近构造石墨烯波导，通过天线和波导的设??计以增强和引导石墨烯中ＳＰＰ传播，如图１－５所示。一方面，他们通过优化天线??使得天线的方向性与表面等离子耦合；另一方面，他们还可以通过优化石墨烯波??导的结构或是石墨烯参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]低维纳米材料的近场光学表征[J]. 胡德波,戴庆. 科学通报. 2018(35)
[2]表面等离子体亚波长光学的研究[J]. 孙梅. 北京工商大学学报(自然科学版). 2009(01)
博士论文
[1]基于表面等离子体的V形天线的设计与研究[D]. 焦蛟.电子科技大学 2017
本文编号：3102017
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3102017.html
