基于石墨烯的太赫兹微纳光学器件的研究

发布时间：2020-04-02 21:58

【摘要】：近年来,超材料以其对电磁波奇异的响应特性迅速成为科研人员的研究热点之一。超材料被广泛应用于隐身斗篷、负折射率器件、超透镜等研究领域。到目前为止,大部分的超材料都是基于精确设计的金属纳米结构。这种基于金属纳米结构的超材料对可见光和近红外波段的电磁波表现出良好的等离子激元响应。然而对远红外及太赫兹等重要波段的电磁波没有明显的效果。除此之外,金属结构一旦成型,其响应特性也就随之确定,不可调控。而石墨烯的出现,为我们提供了一种可代替金属结构的理想材料。石墨烯的纳米结构对远红外和太赫兹波段的电磁波具有良好的响应特性,并且石墨烯的本身的电磁特性可以通过掺杂和改变偏置电压等方式进行调控。因此深入研究石墨烯这种超材料,对于远红外和太赫兹波段的动态可调光电器件的发展具有重要意义。在本文中,我们对石墨烯这种超材料的电磁学特性进行了学习和研究,对其电导率、介电常数和调谐性进行了理论分析;利用有限元的方法对基于石墨烯的微纳结构进行了建模和仿真,研究了石墨烯微纳结构的表面等离子激元响应,同时还研究了此响应对光场相位的调制效果;利用湿法转移法将石墨烯转移到目标基底上,并且用双束系统对石墨烯进行了图形化处理;通过光学显微镜和拉曼光谱仪对转移质量进行了检测,用SEM对图形化的效果进行了表征;以基于石墨烯的纳米结构为基础,设计和优化了太赫兹偏振分束器和宽带可调吸收器。本文的主要创新点包括:(1)根据石墨烯条带只能对偏振光响应的特性,我们提出将石墨烯制作成矩形结构。矩形结构单元对两个偏振态的光都有响应,通过合理安排石墨烯单元的排布方式,可以实现TE模和TM模分束的目的。(2)在分析石墨烯条带对光场相位的调制效果时,我们发现扩大结构的周期可以将调制器转换为吸收器。随后我们提出了一种多层的石墨烯结构,此结构可以实现宽带吸收的效果,且吸收窗口可通过偏置电压来调谐,即设计了一种可调的太赫兹宽带吸收器。
【图文】：

国防科技大学研究生院硕士学位论文第一章 绪论1.1 石墨烯简介的发现phene）是一种按蜂窝状晶格结构排列的单层原v 第一次成功地从石墨中分离出石墨烯。从此，以其新奇的特性在电学、力学和光学等领 Novoselov 也因此获得 2010 年的物理学奖。一。作为一种二维平面材料，石墨烯还可以作构建其他维度的碳材料[2]，，例如：足球烯、碳 所示。

以其新奇的特性在电学、力学和光学等领和 Novoselov 也因此获得 2010 年的物理学奖。一。作为一种二维平面材料，石墨烯还可以作构建其他维度的碳材料[2]，例如：足球烯、碳 所示。墨，单层石墨烯晶体管和自动胶带机，2010 年由 Ge给诺贝尔博物馆[1]
【学位授予单位】：国防科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;O441.4;TH74

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本文编号：2612493