本文關(guān)鍵詞：表面等離子體波在幾種石墨烯波導結(jié)構(gòu)中傳輸特性研究　出處：《江南大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：等離子體(surface plasmon polaritons,SPPs)由于其特殊的色散關(guān)系可以實現(xiàn)突破衍射極限的光傳輸。作為新穎二維材料的石墨烯,具有獨特的能帶結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出優(yōu)異的電子特性和光學特性,可以支持SPPs在其表面?zhèn)鬏?在近年來得到了廣泛關(guān)注。石墨烯等離子體(graphene surface plasmon polaritons,GSPPs)具有高載流子遷移率、強局域性、低耗損以及高度可調(diào)諧的特征,在光信息傳輸、光電探測器、表面等離激元波導、納米激光器及超材料等領(lǐng)域具有可實現(xiàn)的及潛在的應用。本文討論了GSPPs的基本原理及特性,在理論分析的基礎(chǔ)上提出了幾種基于石墨烯超穎材料表面等離子體設(shè)計的波導器件,并利用有限元法(finite element method,FEM)進行仿真模擬。首先研究了非對稱石墨烯雙諧振環(huán)-波導耦合結(jié)構(gòu)的透射率譜圖,從中發(fā)現(xiàn)了等離子體誘導透明(plasmonically induced transparency,PIT)效應的產(chǎn)生。通過改變石墨烯諧振環(huán)化學勢,可以達到控制透射譜的目的。進一步設(shè)計了石墨烯三諧振環(huán)-波導耦合結(jié)構(gòu),其透射譜表現(xiàn)出明顯的等離子體誘導透明增強效應。同時,改變諧振環(huán)半徑和諧振環(huán)之間的耦合距離,可以實現(xiàn)對透射譜的調(diào)制。相關(guān)分析結(jié)果對于設(shè)計動態(tài)可調(diào)的等離子體誘導透明設(shè)備具有重要的指導意義。其次,分析了基于石墨烯的法布里-珀羅(Fabry-Perot,F-P)光譜儀的工作機制及透射譜,給出了其用作中紅外光電探測器的優(yōu)勢,并討論了石墨烯-硅基光柵結(jié)構(gòu)的傳輸特性,通過改變施加電壓及結(jié)構(gòu)參數(shù)可以達到對禁帶調(diào)制的目的。此外,設(shè)計了三維石墨烯波導-多諧振腔耦合系統(tǒng),分析了波導-單諧振腔耦合系統(tǒng)的傳輸特性,當入射光波長滿足共振方程時,會在諧振腔中產(chǎn)生明顯的共振效應,在透射譜中會觀察到共振谷的存在;依次增加諧振腔的個數(shù),得到其透射譜,發(fā)現(xiàn)共振谷個數(shù)增加,同時相鄰共振谷相互作用會產(chǎn)生等離子體誘導透明峰,觀察到透明峰的個數(shù)始終比腔的個數(shù)少一個。在此基礎(chǔ)上,研究了三腔耦合系統(tǒng)。通過改變施加電壓及耦合距離,可以實現(xiàn)對透明峰的調(diào)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.

【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O613.71;TN814

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本文編號：1418615