【摘要】：單向光傳輸現(xiàn)象因其在光學隔離器、光學二極管、偏振轉換和光互聯(lián)中有著非常重要的應用價值而越來越被人們重視和研究。單向光傳輸器件是實現(xiàn)光子系統(tǒng)邏輯功能的重要組成元件。實現(xiàn)單向光傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)方法往往需要外置磁場偏置,極大地限制了其在器件小型化和集成化趨勢中的發(fā)展。近年來,基于超材料的單向光傳輸器件為解決該問題提供了一種全新的設計思路。目前利用靜態(tài)設計的超材料結構已經(jīng)實現(xiàn)了寬工作頻帶和高傳輸效率的單向光傳輸。如何實現(xiàn)超材料中單向光傳輸?shù)念l率動態(tài)調諧性能是值得研究的科學問題。本文結合基于石墨烯超表面的偏振轉換器和亞波長金屬光柵,設計了一種新型的頻率可調單向光傳輸?shù)膹秃铣牧?主要的研究成果如下:(1)根據(jù)實現(xiàn)單向光傳輸?shù)奈锢項l件,提出了一種石墨烯-金屬復合超材料結構,其具備寬帶可調諧的單向光傳輸新特性。所設計的超材料由雙開口諧振環(huán)打孔石墨烯陣列和亞波長金屬光柵組成�；诟哳l結構仿真(High Frequency Structure Simulator,HFSS)的數(shù)值計算仿真表明,在線偏振光正入射的情況下,論文設計的石墨烯-金屬復合超材料在27.1 THz到31.4 THz的頻率范圍內,正向傳輸?shù)目偼干渎时３衷?.1以上,最大的傳輸效率可達18.8%,半峰寬度為4.3 THz,而反向傳輸被完全阻止。當石墨烯費米能級從0.6到1eV變化時,單向傳輸?shù)念l段移動范圍達6.6 THz,展示了良好的頻率調諧特性。(2)揭示了所設計石墨烯-金屬復合超材料中偏振轉換和單向光傳輸?shù)奈锢頇C制。論文計算了入射光正向傳輸時石墨烯-金屬復合超材料激發(fā)的三個共振模式的電場分布和表面電流分布。正向傳播的線偏振光經(jīng)過打孔石墨烯時,通過共振相互作用會產(chǎn)生與入射偏振方向不同的極化電流,該極化電流導致了輻射的光偏振方向轉動90°,轉動后的光偏振方向與金屬光柵的透光方向一致,能夠順利透過;而當光傳播方向反向時,入射線光偏振方向與金屬光柵的透光方向垂直,完全被擋住,導致了單向光傳輸特性。(3)闡明了影響單向光傳輸效率的物理因素。除了透射光譜外,論文還計算了反射光譜和吸收光譜,探究了界面反射、材料損耗和石墨烯的電子散射時間等相關物理因素對單向光傳輸效率的影響。結果表明入射光正向傳輸時,在主要的工作頻率范圍內金屬的材料吸收可以忽略不計。當石墨烯的電子散射時間小于0.5 ps時,石墨烯的光吸收是制約傳輸效率的主要因素;而石墨烯的電子散射時間大于0.5 ps時,石墨烯的材料吸收越來越少,此時界面反射為主要損耗。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN312;TB33
【圖文】：

“魚鱗”圖案的平面手性超材料[32]

不同結構的平面手性超材料

C.Menzel等人設計的三維手性材料[37]

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉若鵬;季春霖;趙治亞;周添;;超材料:重新塑造與重新思考[J];Engineering;2015年02期

2 文永正;;多學科交叉前沿開辟材料學發(fā)展新方向——超材料分論壇側記[J];中國材料進展;2019年10期

3 ;超材料研究前沿動態(tài)[J];國際學術動態(tài);2012年01期

4 周濟;李龍土;;超材料技術及其應用展望[J];中國工程科學;2018年06期

5 梁慶宣;楊貞;何錦;江子杰;陳天寧;李滌塵;;超材料結構增材制造技術及其應用研究進展[J];航空制造技術;2019年Z1期

6 黃安畏;吳永鵬;李忠盛;孫彩云;董玲抒;舒露;吳道勛;花澤薈;羅明波;;局域共振聲學超材料技術進展及應用展望[J];裝備環(huán)境工程;2019年08期

7 陳香香;王建鋒;;精密排種器性能監(jiān)測裝置研究——基于超材料光電傳感器[J];農(nóng)機化研究;2018年01期

8 吳宗漢;徐世和;;聲學超材料與結構工程應用前景展望[J];電聲技術;2017年Z3期

9 張文毓;;超材料的研究進展與應用[J];裝備機械;2018年02期

10 黃治涵;;基于超材料的單頻層狀吸波體仿真[J];電子世界;2018年14期

相關會議論文 前10條

1 張晗;楊軍;;單模寬帶的五模式超材料的仿真設計[A];2018年全國聲學大會論文集A.物理聲學（含聲超構材料）[C];2018年

2 陳軒;富明慧;胡玲玲;;正交拼接三維力學超材料的等效方法[A];2018年全國固體力學學術會議摘要集（上）[C];2018年

3 田小永;尹麗仙;李滌塵;曹毅;;超材料結構飛行器隱形設計及3D打印制造工藝探索[A];第一屆新型功能結構技術學術會議暨增材制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新技術論壇論文集[C];2016年

4 陳巍;高軍;曹祥玉;楊歡歡;周禹龍;韓彤;;一種極化相關的透射型超材料[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（中冊）[C];2017年

5 陳坤;周運強;王志剛;;基于矩形波導的超材料結構吸波機理研究[A];2017年全國微波毫米波會議論文集(上冊二)[C];2017年

6 程強;趙捷;張t$;崔鐵軍;;超材料在微波及太赫茲頻段的應用[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2017年

7 胡更開;;電磁/聲波超材料及對波傳播控制的理論與實驗研究[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

8 劉亞鋒;周蕭明;胡更開;;彎曲波在薄板超材料中的傳播特性研究[A];北京力學會第18屆學術年會論文集[C];2012年

9 周蕭明;胡更開;;聲波超材料超分辨成像的理論與實驗研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

10 楊洮;裴東亮;徐文帥;閆闊;劉宇;劉瑞霞;陳猛;姜恒;王育人;;基于帶隙特性的手性聲學超材料抑振特性研究[A];第十七屆船舶水下噪聲學術討論會論文集[C];2019年

相關重要報紙文章 前10條

1 記者 張夢然;多向晶格+3D打�。喝氯嗽斐牧陷p便又堅固[N];科技日報;2019年

2 許sシ

本文編號：2747440