石墨烯辅助光栅中连续区束缚态的调控.pdf

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1、硕士学位论文石墨烯辅助光栅中连续区束缚态的调控CONTROLOFBOUNDSTATESINTHECONTINUUMINGRAPHENE-ASSISTEDGRATINGS周春宇哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O436.1学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文石墨烯辅助光栅中连续区束缚态的调控硕士研究生：周春宇导师：刘树田教授申请学位：理学硕士学科：物理学所在单位：物理系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O436.1（TimesNewRoma

2、n小4字）U.D.C:535（TimesNewRoman小4字）DissertationfortheMasterDegreeinScience↑（TimesNewRoman小2号字）CONTROLOFBOUNDSTATESINTHECONTINUUMINGRAPHENE-ASSISTEDGRATINGS↑（TimesNewRoman2号字加粗，题目太长时可用小2号字）Candidate：ChunyuZhouSupervisor：Prof.ShutianLiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofSci

3、enceSpecialty：PhysicsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology（TimesNewRoma哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要光学连续区束缚态(BIC)是一种在光锥之上仍然可以实现对光的完美限制的现象，通常也被描述为零宽度、零泄露的谐振态。由于BIC的品质因数Q可以达到无穷，因此在激光器、传感器和滤波器等领域，具有重要的应用价值。本论

4、文利用石墨烯的电导率可受费米能级和载流子迁移率调控的性质，来研究对连续区束缚态的调节，从而实现调制器的功能。主要研究工作如下：根据石墨烯的电导率可以被静电偏压调控的性质，本文设计了一个具有基底的石墨烯光栅结构，在TM偏振态的光的照射下，激发出的表面等离子体波对光有非常强的局域性。此外，改变石墨烯的费米能级会影响透射峰的共振频率值，改变载流子迁移率会影响共振峰的振幅。由于亚波长的衍射光栅具有特殊的衍射特性，因此本文设计了周期在微米量级的单光栅结构和完全相同的对称的双光栅结构。分别用不同偏振态的光斜入射到这两种结构中，并利用严格耦合

5、波(RCWA)方法来计算光栅的反射率，发现在特定的入射光波矢和光栅间距下，能够出现光学连续区束缚态现象。同时研究结果表明偏振态的不同影响了支持BIC的双光栅阵列的间距。在能够实现光学连续区束缚态的双光栅结构的基础上，为它对称的铺上两层石墨烯，发现在具有特定频率和角度的入射光的照射下，同样可以实现光学连续区束缚态现象。由于石墨烯的电导率可被调控，因此，通过改变石墨烯的费米能级和载流子迁移率，实现了对光学连续区束缚态的调控。同时研究结果表明石墨烯光栅阵列间距的减小会使所激发出的石墨烯表面等离子体波的透射峰出现蓝移。结合石墨烯和亚波长

6、衍射光栅的优异性质，本文设计的双层石墨烯光栅结构实现了对连续区束缚态的调节，为人们进一步研究连续区束缚态提供了新的方法，对光调制器和激光器等领域有潜在的应用价值。关键词：连续区束缚态；石墨烯；表面等离子体波；费米能级；载流子迁移率；-I-AbstractAbstractTheboundstateinthecontinuum(BIC)isaphenomenoninwhichtheperfectconfinementoflightcanstillbeachievedinsidethelightcone,andBICisalsodes

7、cribedasresonancestatewithfeaturesofzerowidthandzeroleakage.BecauseofthequalityfactorofBICstatecanreachinfinite,soithasimportantapplicationsinconstructinglasers,sensorsandfilters.ItiswellknownthattheconductivityofgraphenecanbemodulatedbyadjustingitsFermilevelandcarri

8、ermobility.Inthisdissertation,weproposetousesuchstrategytocontroltheboundstateinthecontinuum,andfurthertorealizealightmodulator.The