發(fā)布時間：2017-08-28 12:37

  本文關鍵詞：基于石墨烯的光子學器件的研究

  更多相關文章： 石墨烯 特異介質 吸波器件 太赫茲 雙曲性 磁光 偏振 慢波

【摘要】：石墨烯具有相當奇特的各種性質,而基于石墨烯的微納光子學的研究正引起人們廣泛的關注,相關的研究進展涉及了許多的應用,包括基于石墨烯的光學調制器、變換光學、場效應管以及其他器件。石墨烯除了作為世界上最薄的材料之外,更有物理柔性、極高的電子遷移率以及通過外加電壓或者化學參雜的方法控制其載流子濃度的特性。在本論文中,我們研究了基于石墨烯的一些光子學器件,其中包括太赫茲的寬帶吸波器、圓偏振的分光器以及磁光克爾效應增強器件等三方面的研究。首先,我們提出了一種在金屬基底上基于石墨烯/介質層堆棧而成的類金字塔結構的陣列太赫茲吸波材料。這里多層的石墨烯/介質層的堆棧結構在太赫茲波長下不僅可以是認為在各方向上是均勻的,而且材料本身更具有雙曲特性,因此其等效介電常數是各向異性的。石墨烯的表面等離子被激發(fā),同時入射電磁波的不同波長分量會被局域在類金字塔結構的不同寬度處,進而被損耗介質吸收,而這種寬帶吸波的效果可以被漸變寬度波導的慢波效應所解釋。最后,我們指出了由于周期性模式的存在而造成的吸收譜在某一頻率的下降。因此可以通過結構的優(yōu)化設計,來抑制周期模式的激發(fā),從而實現超寬帶的吸波效果。第二,我們同樣設計了一種石墨烯/介質層堆棧結構的材料,可以同時利用整體材料的零介電常數以及石墨烯較高的霍爾電導率的特點。這種亞波長周期結構的器件能夠對不同的圓偏振光進行有效的控制。在較寬的頻率以及較大的入射角范圍內,這種基于磁光效應的器件能表現出對不同圓偏振光的選擇性透過。而這種效果可以進一步通過改變外加磁場強度以及石墨烯的化學勢進行調控。第三,我們研究了利用石墨烯帶的表面等離子體以及法布里-帕羅干涉來增強器件的磁光克爾旋轉的效應。當6 THz的電磁波入射到外加4T磁場強度的覆蓋有單層的石墨烯帶的器件上時,產生的磁光克爾旋轉角可以達到15度。而這種磁光克爾效應的增強可以在很大的入射角度范圍內實現。最后,總結了全文,同時對未來基于石墨烯的光子學器件的研究提出了展望。
【關鍵詞】：石墨烯 特異介質 吸波器件 太赫茲 雙曲性 磁光 偏振 慢波
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN25
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-30
• 1.1 石墨烯研究的歷史和基礎11-18
• 1.1.1 從爭議的理論模型到諾貝爾物理學獎11-13
• 1.1.2 石墨烯的能帶結構13-15
• 1.1.3 石墨烯的一些基本物理性質15-18
• 1.2 石墨烯的實驗制備和探測18-23
• 1.2.1 石墨烯的制備方法18-21
• 1.2.2 石墨烯的結構表征技術21-23
• 1.3 石墨烯在光子學器件中的應用23-28
• 1.3.1 光電探測器23-25
• 1.3.2 光調制器25-26
• 1.3.3 光偏振控制器26-28
• 1.4 本論文的研究內容和創(chuàng)新點28-30
• 第2章 基于石墨烯的光學可調材料30-46
• 2.1 石墨烯的光學電導率30-34
• 2.2 石墨烯表面等離子體的理論模型34-41
• 2.2.1 傳統(tǒng)IMI波導的表面等離子體色散特性34-38
• 2.2.2 石墨烯表面等離子體的色散特性38-41
• 2.3 基于石墨烯可調的雙曲超材料41-44
• 2.4 本章小結44-46
• 第3章 基于石墨烯的寬帶吸波46-66
• 3.1 寬帶吸波器件的設計47-53
• 3.1.1 結構模型與材料參數47-50
• 3.1.2 寬帶吸波的效果50-52
• 3.1.3 等效介質模型52-53
• 3.2 寬帶吸波的慢波理論53-59
• 3.2.1 模擬結果的場分布53-55
• 3.2.2 慢波模式的理論分析55-59
• 3.3 介質層厚度對吸收的影響59-61
• 3.4 吸波模型的改進61-65
• 3.4.1 存在的周期模式61-64
• 3.4.2 消除周期模式的影響64
• 3.4.3 模型在波段上的可擴展性64-65
• 3.5 本章小結65-66
• 第4章 基于石墨烯的圓偏振分光器件66-87
• 4.1 介電常數接近零的磁性超材料67-71
• 4.1.1 物理模型67-69
• 4.1.2 基于石墨烯ENZ材料的參數研究69-71
• 4.2 器件對不同圓偏振的調控71-78
• 4.2.1 理論基礎71-75
• 4.2.2 垂直入射的情況分析75-76
• 4.2.3 器件對不同圓偏振光的選擇性透過76-78
• 4.3 設計的圓偏振分光器件的性能研究78-85
• 4.3.1 不同磁場強度下的分光效果78-81
• 4.3.2 工作帶寬81-82
• 4.3.3 石墨烯化學勢的影響82-83
• 4.3.4 斜入射的情況83-85
• 4.4 本章小結85-87
• 第5章 基于石墨烯帶等離子體以及F-P腔的磁光克爾效應增強87-108
• 5.1 理論基礎87-100
• 5.2 器件模型及分析100-103
• 5.3 基于F-P增強的磁致旋光103-106
• 5.4 本章小結106-108
• 第6章 總結和展望108-111
• 參考文獻111-123
• 作者簡歷123

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現代物理知識;2009年04期

2 傅強;包信和;;石墨烯的化學研究進展[J];科學通報;2009年18期

3 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學觀察;2010年03期

4 李宗紅;;石墨烯——二維碳的奇妙世界[J];寶雞文理學院學報(自然科學版);2010年04期

5 常艷麗;陳勝;曹傲能;;壓力促進氧化石墨烯水熱還原反應的機理[J];上海大學學報(自然科學版);2010年06期

6 李娜;;石墨烯取代硅,前景預測被批樂觀[J];科技導報;2011年16期

7 劉霞;;神奇材料石墨烯[J];今日科苑;2011年14期

8 張文毓;全識俊;;石墨烯應用研究進展[J];傳感器世界;2011年05期

9 劉霞;;石墨烯:硅的“終結者”?[J];發(fā)明與創(chuàng)新(綜合科技);2011年09期

10 ;科學家觀察到石墨烯內電子間相互作用[J];黑龍江科技信息;2011年27期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應用探索[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質量石墨烯及其功能化[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術與應用研究的最新進展[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學與表面工程學術會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實;;樹枝狀結構功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機石墨烯材料:計算與實驗的結合[A];中國化學會第28屆學術年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學修飾及尺寸效應研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

中國重要報紙全文數據庫 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實習) 特約記者 李季;石墨烯未來應用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結緣諾貝爾獎[N];計算機世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實現產業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術產業(yè)導報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

中國博士學位論文全文數據庫 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應[D];中國科學技術大學;2011年

2 羅大超;化學修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復機理的理論研究[D];吉林大學;2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學應用研究[D];清華大學;2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學;2015年

7 姚成立;多級結構石墨烯/無機非金屬復合材料的仿生合成及機理研究[D];安徽大學;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學;2014年

10 王義;石墨烯的模板導向制備及在電化學儲能和腫瘤靶向診療方面的應用[D];復旦大學;2014年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學模擬研究[D];西安電子科技大學;2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結構及其對電化學性能的影響[D];北京化工大學;2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學;2011年

4 蔡宇凱;一種新型結構的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學;2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學效應研究[D];蘇州大學;2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應的研究[D];華南理工大學;2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學;2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學;2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學;2013年

，

本文編號：747950