表面等离子体波在几种石墨烯波导结构中传输特性研究

发布时间:2018-01-13 11:04

  本文关键词:表面等离子体波在几种石墨烯波导结构中传输特性研究 出处:《江南大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


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【摘要】:等离子体(surface plasmon polaritons,SPPs)由于其特殊的色散关系可以实现突破衍射极限的光传输。作为新颖二维材料的石墨烯,具有独特的能带结构,表现出优异的电子特性和光学特性,可以支持SPPs在其表面传输,在近年来得到了广泛关注。石墨烯等离子体(graphene surface plasmon polaritons,GSPPs)具有高载流子迁移率、强局域性、低耗损以及高度可调谐的特征,在光信息传输、光电探测器、表面等离激元波导、纳米激光器及超材料等领域具有可实现的及潜在的应用。本文讨论了GSPPs的基本原理及特性,在理论分析的基础上提出了几种基于石墨烯超颖材料表面等离子体设计的波导器件,并利用有限元法(finite element method,FEM)进行仿真模拟。首先研究了非对称石墨烯双谐振环-波导耦合结构的透射率谱图,从中发现了等离子体诱导透明(plasmonically induced transparency,PIT)效应的产生。通过改变石墨烯谐振环化学势,可以达到控制透射谱的目的。进一步设计了石墨烯三谐振环-波导耦合结构,其透射谱表现出明显的等离子体诱导透明增强效应。同时,改变谐振环半径和谐振环之间的耦合距离,可以实现对透射谱的调制。相关分析结果对于设计动态可调的等离子体诱导透明设备具有重要的指导意义。其次,分析了基于石墨烯的法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)光谱仪的工作机制及透射谱,给出了其用作中红外光电探测器的优势,并讨论了石墨烯-硅基光栅结构的传输特性,通过改变施加电压及结构参数可以达到对禁带调制的目的。此外,设计了三维石墨烯波导-多谐振腔耦合系统,分析了波导-单谐振腔耦合系统的传输特性,当入射光波长满足共振方程时,会在谐振腔中产生明显的共振效应,在透射谱中会观察到共振谷的存在;依次增加谐振腔的个数,得到其透射谱,发现共振谷个数增加,同时相邻共振谷相互作用会产生等离子体诱导透明峰,观察到透明峰的个数始终比腔的个数少一个。在此基础上,研究了三腔耦合系统。通过改变施加电压及耦合距离,可以实现对透明峰的调控。
[Abstract]:Plasma (surface plasmon polaritons, SPPs) because of its special dispersion relationship can realize the transmission of light beyond the diffraction limit. As a novel two-dimensional graphene material, has the unique band structure, electronic properties and exhibit excellent optical properties, can support SPPs on the surface of transmission, has received wide attention in recent years. Graphene (graphene surface plasmon polaritons, plasma GSPPs) with high carrier mobility, strong local characteristics, low loss and high tunability, photoelectric detector in optical information transmission, surface plasmon waveguide, which can be realized and potential applications of nano laser and super material. Discussed in this paper. The basic principle and characteristics of GSPPs, on the basis of theoretical analysis and puts forward several waveguide graphene metamaterials based on surface plasmon design, and the use of finite element Method (finite element method, FEM) is simulated. The transmittance first studied the asymmetric graphene double ring resonator waveguide coupling structure of the spectrum, found in plasma induced transparency (plasmonically induced transparency, PIT) effect. By changing the graphene resonant ring chemical potential, can control the transmission spectrum to further design the graphene three ring resonator waveguide coupling structure, showed obvious enhancement effect induced by the transparent transmission spectra of the plasma. At the same time, changing the coupling between the resonant ring radius resonant ring distance can be achieved on the modulation of the transmission spectrum. Has an important guiding significance to the correlation analysis results for plasma adjustable design dynamic induced transparency equipment. Secondly, analyzes the Perot graphene Fabri (Fabry-Perot, F-P) - based on the working mechanism of spectrometer and transmission spectrum, given by In the infrared photoelectric detector and discusses the advantage, the transmission characteristics of the graphene / silicon grating structure, can achieve the purpose of modulation on the band gap of the applied voltage and by changing the structure parameters. In addition, the design of three-dimensional graphene waveguide multi - cavity coupling system, analysis of transmission characteristics of the waveguide single resonator coupling system when the incident light wavelength, the resonance equation, the resonance effect is obvious in the resonant cavity, in the transmission spectrum on resonance Valley exists; in order to increase the number of resonant cavity and its transmission spectrum, found a number of resonance Valley increases, while the adjacent resonance valley will be produced by the interaction of plasma induced transparency the number of peaks observed transparent peaks has more than the number of cavity one less. On this basis, the research of the three cavity coupling system. By changing the voltage applied distance and coupling, can realize the control of transparent peaks.

【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O613.71;TN814

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本文编号:1418615

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