收藏本站
《江南大学》 2017年
加入收藏

表面等离子体波在几种石墨烯波导结构中传输特性研究

王小赛  
【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。
【关键词】:石墨烯等离子体 石墨烯-波导耦合 硅基光栅结构 等离子体诱导透明 有限元法
【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
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-7
  • 第一章 绪论7-13
  • 1.1 引言7
  • 1.2 等离子体概述及研究发展7-8
  • 1.3 石墨烯等离子体概述8-11
  • 1.3.1 研究进展8-9
  • 1.3.2 石墨烯等离子体的激发9-10
  • 1.3.3 可调谐石墨烯等离子体10-11
  • 1.3.4 等离子体诱导透明效应11
  • 1.4 本文主要工作11-13
  • 第二章 基本原理13-20
  • 2.1 引言13
  • 2.2 等离子体基本原理13-16
  • 2.2.1 金属的Drude色散模型13-14
  • 2.2.2 等离子体色散方程14-16
  • 2.3 石墨烯等离子体基本原理16-19
  • 2.3.1 简易石墨烯-空气波导结构分析16-17
  • 2.3.2 石墨烯-硅基光栅结构分析17-19
  • 2.4 本章小结19-20
  • 第三章 非对称石墨烯谐振环-波导耦合结构的传输特性研究20-25
  • 3.1 引言20
  • 3.2 结构及理论模型20-21
  • 3.3 非对称石墨烯双谐振环-波导耦合结构21-23
  • 3.4 非对称石墨烯三谐振环-波导耦合结构23-24
  • 3.5 本章小结24-25
  • 第四章 基于石墨烯-硅基光栅结构的传输特性分析25-38
  • 4.1 引言25
  • 4.2 基于石墨烯的法布里-珀罗光谱仪25-31
  • 4.2.1 理论模型25-27
  • 4.2.2 数值模拟27-30
  • 4.2.3 波阻抗分析30-31
  • 4.3 周期性硅基石墨烯结构的传输特性分析31-37
  • 4.3.1 结构及理论模型31-33
  • 4.3.2 数值模拟及结果分析33-37
  • 4.4 本章小结37-38
  • 第五章 单层石墨烯波导-多谐振腔耦合系统的传输特性分析38-44
  • 5.1 引言38
  • 5.2 理论模型及数值模拟38-43
  • 5.3 本章小结43-44
  • 结论与展望44-46
  • 致谢46-47
  • 参考文献47-50
  • 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文50

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期
2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期
3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期
4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期
5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期
6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期
7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期
8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期
9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期
10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年
2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年
3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年
4 本报记者 李好宇 张芃捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年
5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年
6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年
7 记者 谢荣 通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年
8 本报记者 纪爱玲;石墨烯:市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年
9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年
10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年
2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年
3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年
4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年
5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年
6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年
7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年
8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年
9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年
10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年
3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年
4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年
5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年
6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年
7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年
8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年
9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年
10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026