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1、石墨烯,一種碳原子呈蜂窩狀排布的二維單層晶體,因其特殊的性質(zhì)在光電領(lǐng)域備受關(guān)注。然而,在可見(jiàn)光頻域石墨烯的光吸收率僅為2.3%。為了增強(qiáng)光吸收效果,我們發(fā)現(xiàn):石墨烯具備較低的阻抗損耗,通過(guò)與金屬超材料納米結(jié)構(gòu)組合可以大大提高光吸收率。石墨烯內(nèi)部還有電可調(diào)的等離激元,可用于電光調(diào)制吸收。由于石墨烯的等離諧振能夠發(fā)生在不同的光學(xué)頻段,基于石墨烯的光學(xué)器件因此具備波長(zhǎng)選擇特性。
本文基于以上設(shè)想,對(duì)石墨烯-光相互作用的研究從兩個(gè)層面
2、展開(kāi):
一是結(jié)合金屬超材料結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出波長(zhǎng)可調(diào)的光吸收體。由于石墨烯與貴金屬的結(jié)合可看作是一種摻雜方式,能夠產(chǎn)生局域表面等離激元,從而束縛入射光能量,產(chǎn)生耦合諧振現(xiàn)象?;诘入x狹縫波導(dǎo)模型,分析幾何調(diào)控下石墨烯吸收光譜的變化。研究從二維結(jié)構(gòu)開(kāi)始,逐漸拓寬至三維結(jié)構(gòu)。再通過(guò)選擇不同的金屬材料,比較兩種結(jié)構(gòu)特性及參數(shù)影響。
二是利用石墨烯本身的電可調(diào)等離激元,通過(guò)在石墨烯層上加偏壓,改變石墨烯的化學(xué)勢(shì)(費(fèi)米能量),以及石
3、墨烯介電常數(shù)值,達(dá)到調(diào)節(jié)吸收光譜的目的。本文利用慢波波導(dǎo)模型,對(duì)石墨烯-介質(zhì)層多層疊加的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并獲得優(yōu)化的結(jié)構(gòu)寬度。對(duì)于介質(zhì)層厚度、石墨烯偏壓,根據(jù)與諧振波長(zhǎng)的依賴關(guān)系,可確定超寬帶吸收模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)。該吸收器得到了8um至32um的寬帶吸收帶寬,并將吸收率保持在90%上下波動(dòng),吸收率超過(guò)50%的帶寬范圍占總吸收帶寬的83%。
本文的創(chuàng)新在于,建立多種模型(二維,三維,不同材料)來(lái)深入分析石墨烯-光相互作用機(jī)制,并有效
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