石墨烯光子晶体微腔及波导特性研究
发布时间：2021-05-25 08:01
光学微腔也可以叫做光学谐振器,是周期性介质出现缺陷时所形成的可以局限特定频率光子的微米量级腔结构。光学微腔的尺寸很小,一般在几微米到几百微米,可满足集成光学要求的器件小型化,集成化。同时光学微腔拥有较为理想的品质因子及很小的模式体积,可以应用于低阈值激光器等光无源器件。并且光学微腔也因为具有易于制作和良好的光学性能等优点而受到越来越多的关注。论文中设计了两种不同结构的石墨烯光子晶体光学微腔,一种是一维的渐变圆环形光子晶体石墨烯纳米梁腔,另一种是二维混合石墨烯光子晶体表面等离子体微腔。渐变圆环形光子晶体石墨烯纳米梁腔是以二氧化硅为基底,在硅上构建一种具有高度局域和低损耗的渐变圆环形石墨烯光子晶体波导,这个波导具有明显的TM模式带隙。在波导中渐变圆环缺陷形成一个纳米微腔。利用三维时域有限差分方法模拟仿真了微腔的能带特性,讨论了镜像区、渐变区空气环数目、内外空气环孔径和纳米梁宽度等参数对微腔特性的影响,确定了结构的特征参数。在1550nm通信波段内,此微腔结构可以得到较为理想的品质因子和模式体积,比传统结构的微腔具有更小的传输损耗,拥有的模式限制能力更好。同时,该微腔结构可降低由模式突变引起...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 光子晶体的简介
1.2.1 光子晶体的概念
1.2.2 光子晶体的特性和结构
1.3 石墨烯简介
1.3.1 石墨烯的特性
1.3.2 石墨烯的研究现状和应用
1.4 表面等离子体激元的研究背景和应用
1.5 光学微腔
1.5.1 光学微腔的简介
1.5.2 光子晶体微腔研究现状
1.6 论文主要研究内容
第2章 光学微腔的基础理论
2.1 引言
2.2 光学微腔数值分析方法
2.2.1 平面波展开法
2.2.2 时域有限差分法
2.2.3 FDTD吸收边界条件
2.3 石墨烯特性分析
2.3.1 石墨烯光学参数研究
2.3.2 石墨烯的色散模型
2.3.3 石墨烯表面等离子体激元基本原理
2.4 本章小结
第3章 渐变圆环形石墨烯光子晶体纳米梁腔
3.1 引言
3.2 渐变圆环形石墨烯光子晶体纳米梁腔结构与特性
3.2.1 纳米梁腔结构设计
3.2.2 纳米梁腔结构能带特性
3.2.3 纳米梁腔结构的电场特性
3.3 纳米梁腔结构参数对微腔特性的影响分析
3.3.1 渐变区空气环内外半径对微腔特性的影响
3.3.2 纳米梁宽度对微腔特性的影响
3.3.3 镜像区和渐变区空气环数目对微腔特性的影响
3.4 本章小结
第4章 混合石墨烯光子晶体表面等离子体微腔
4.1 引言
4.2 微腔结构设计与特性研究
4.2.1 微腔结构设计
4.2.2 微腔结构能带特性
4.2.3 微腔结构模场分布特性
4.3 理论分析和仿真结果
4.3.1 理论分析
4.3.2 点缺陷四周空气孔半径对微腔特性的影响
4.3.3 点缺陷四周小孔填充介质对微腔特性的影响
4.4 混合石墨烯等离子体直波导
4.4.1 直波导结构设计
4.4.2 直波导传输特性
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维半导体光电探测器:发展、机遇和挑战[J]. 李亮,皮乐晶,李会巧,翟天佑. 科学通报. 2017(27)
[2]MIM表面等离子激元布拉格纳米微腔[J]. 童凯,杨青,张振国,牛力勇,苑海川. 中国激光. 2015(04)
[3]基于光弹效应的二维光子晶体能带结构特性研究[J]. 汪梅婷,武校刚,童凯. 量子电子学报. 2011(04)
[4]表面等离子体亚波长光学前沿进展[J]. 张斗国,王沛,焦小瑾,唐麟,鲁拥华,明海. 物理. 2005(07)
[5]波动方程FDTD算法的PML吸收边界条件的实现与验证[J]. 孔繁敏,李康,刘新,郭毅峰. 微波学报. 2004(01)
[6]光子晶体的研究现状与最新进展[J]. 于学亚,曾兆华,杨建文,陈用烈. 人工晶体学报. 2002(06)
[7]光子晶体及其应用[J]. 万钧,张淳,王灵俊,资剑. 物理. 1999(07)
[8]光学谐振腔本征模的正交性[J]. 方洪烈. 光学学报. 1984(06)
硕士论文
[1]一维光子晶体滤波器的设计及性能研究[D]. 吉亚萍.天津师范大学 2010
本文编号：3204987
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 光子晶体的简介
1.2.1 光子晶体的概念
1.2.2 光子晶体的特性和结构
1.3 石墨烯简介
1.3.1 石墨烯的特性
1.3.2 石墨烯的研究现状和应用
1.4 表面等离子体激元的研究背景和应用
1.5 光学微腔
1.5.1 光学微腔的简介
1.5.2 光子晶体微腔研究现状
1.6 论文主要研究内容
第2章 光学微腔的基础理论
2.1 引言
2.2 光学微腔数值分析方法
2.2.1 平面波展开法
2.2.2 时域有限差分法
2.2.3 FDTD吸收边界条件
2.3 石墨烯特性分析
2.3.1 石墨烯光学参数研究
2.3.2 石墨烯的色散模型
2.3.3 石墨烯表面等离子体激元基本原理
2.4 本章小结
第3章 渐变圆环形石墨烯光子晶体纳米梁腔
3.1 引言
3.2 渐变圆环形石墨烯光子晶体纳米梁腔结构与特性
3.2.1 纳米梁腔结构设计
3.2.2 纳米梁腔结构能带特性
3.2.3 纳米梁腔结构的电场特性
3.3 纳米梁腔结构参数对微腔特性的影响分析
3.3.1 渐变区空气环内外半径对微腔特性的影响
3.3.2 纳米梁宽度对微腔特性的影响
3.3.3 镜像区和渐变区空气环数目对微腔特性的影响
3.4 本章小结
第4章 混合石墨烯光子晶体表面等离子体微腔
4.1 引言
4.2 微腔结构设计与特性研究
4.2.1 微腔结构设计
4.2.2 微腔结构能带特性
4.2.3 微腔结构模场分布特性
4.3 理论分析和仿真结果
4.3.1 理论分析
4.3.2 点缺陷四周空气孔半径对微腔特性的影响
4.3.3 点缺陷四周小孔填充介质对微腔特性的影响
4.4 混合石墨烯等离子体直波导
4.4.1 直波导结构设计
4.4.2 直波导传输特性
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维半导体光电探测器:发展、机遇和挑战[J]. 李亮,皮乐晶,李会巧,翟天佑. 科学通报. 2017(27)
[2]MIM表面等离子激元布拉格纳米微腔[J]. 童凯,杨青,张振国,牛力勇,苑海川. 中国激光. 2015(04)
[3]基于光弹效应的二维光子晶体能带结构特性研究[J]. 汪梅婷,武校刚,童凯. 量子电子学报. 2011(04)
[4]表面等离子体亚波长光学前沿进展[J]. 张斗国,王沛,焦小瑾,唐麟,鲁拥华,明海. 物理. 2005(07)
[5]波动方程FDTD算法的PML吸收边界条件的实现与验证[J]. 孔繁敏,李康,刘新,郭毅峰. 微波学报. 2004(01)
[6]光子晶体的研究现状与最新进展[J]. 于学亚,曾兆华,杨建文,陈用烈. 人工晶体学报. 2002(06)
[7]光子晶体及其应用[J]. 万钧,张淳,王灵俊,资剑. 物理. 1999(07)
[8]光学谐振腔本征模的正交性[J]. 方洪烈. 光学学报. 1984(06)
硕士论文
[1]一维光子晶体滤波器的设计及性能研究[D]. 吉亚萍.天津师范大学 2010
本文编号：3204987
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