可调谐混合模式波导特性模拟研究

发布时间：2017-09-22 17:32

  本文关键词：可调谐混合模式波导特性模拟研究

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【摘要】：太赫兹(terahertz,THz)波在电磁波谱中处于微波和红外辐射之间,位于电子学到光子学过渡的区域,在基础研究和实际应用中都具有广阔的应用前景,如在成像、短程无线通信和生物样品探测等方面。设计新型的可调谐波导器件对于THz技术的发展是非常重要的。作为一种典型的表面等离子激元波导结构,混合模式波导(dielectric loaded surface plasmons,DLSPs),即将一薄层介质层集成在衬底上,具有弯曲损耗小、结构简单和限制作用强等优点。另外,石墨烯具有迁移率高、可调谐性能好和良好的模式限制作用,可以作为可调谐波导器件设计的良好的平台。为提高改善波导器件的可调谐特性,基于DLSPs结构,我们采用有限元法模拟研究了混合模式波导结构的传输特性,主要结果如下:(1)采用半导体In Sb作为衬底,通过温控方法改变衬底的载流子浓度,研究了THz波段DLSPs波导的可调谐性质,结果表明温度在300 K到600 K范围内改变时,传播长度的调制深度可以达到80%以上。(2)通过在介质层和金属衬底之间引入多层的graphene-Al2O3结构单元,在近红外波段研究了DLSPs波导结构的可调谐特性,并考虑了石墨烯的Fermi能级,单元结构的周期数和工作频率等因素的影响。结果表明Fermi能级在0.1 e V到0.45 e V范围内改变时传播长度的调制深度可以达到约70%。(3)以石墨烯作为有源区,模拟研究了THz波段DLSPs波导结构的可调谐性能。在THz波段由于光子能量较低,带内跃迁起重要作用。结果表明随着频率增大,传播模的有效折射系数和传播长度增大。当有源区单元结构周期为8,Fermi能级在0.1到1.0 e V范围内改变时传播长度的调制深度可以达到94%以上。此外,通过调整结构参数,模式限制作用和传播长度可以同时提高。
【关键词】：太赫兹波 调制器 石墨烯
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN814
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 引言7-10
• 1.1.1 THz波介绍7-8
• 1.1.2 表面等离子激元8-9
• 1.1.3 石墨烯简介9-10
• 1.2 表面等离子激元波导结构特点和现状10-11
• 1.3 本论文的研究意义和主要内容11-12
• 第二章 计算方法与内容12-16
• 2.1 石墨烯12-13
• 2.2 InSb13-14
• 2.3 Comsol Multiphysics14-16
• 第三章 半导体衬底的DLSPs波导对THz波的可调节特性研究16-25
• 3.1 结构模型设计16-17
• 3.2 结果和讨论17-24
• 3.3 本章小结24-25
• 第四章 近红外波段基于石墨烯DLSPs波导的可调谐特性研究25-33
• 4.1 结构模型和调制机制25-26
• 4.2 结果和讨论26-32
• 4.3 本章小结32-33
• 第五章 THz波段基于石墨烯DLSPs波导的可调谐特性研究33-41
• 5.1 波导结构设计和调制机制33-34
• 5.2 结果和讨论34-40
• 5.3 本章小结40-41
• 第六章 结论与展望41-43
• 6.1 结论41-42
• 6.2 展望42-43
• 参考文献43-48
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果48-49
• 致谢49-50

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本文编号：902140