基于石墨烯表面等离激元的电磁干涉效应研究

《基于石墨烯表面等离激元的电磁干涉效应研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代号10532学号S150700551分类号O469密级不保密硕士学位论文基于石墨烯表面等离激元的电磁干涉效应研究学位申请人姓名廖昌龙培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称王玲玲教授学科专业物理学研究方向表面等离激元光子学论文提交日期2018年5月16日学校代号：10532学号：S150700551密级：不保密湖南大学硕士学位论文基于石墨烯表面等离激元的电磁干涉效应研究学位申请人姓名：廖昌龙导师姓名及职称：王玲玲教授培养单位：物理与微电子科学学院专业名称：物理学论文提交日期：2018年5月16日论文答辩日期：2018年5月30日答辩委员会主席：冯页

2、新副教授ElectromagneticinterferenceeffectsbasedongraphenesurfaceplasmonpolaritonsbyLIAOChanglongB.S.(HunanInstituteofEngineering)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsintheGraduateschoolofHunanUniversitySupervisorProfessorWANGL

3、inglingMay,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入

4、有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在年解密后适用本授权书。2、不保密□√。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I硕士学位论文摘要表面等离激元是金属表面电子与入射电子或光子相互作用而形成的一种集体震荡行为，由于等离子体波能克服传统的光衍射极限，存在着巨大的局部场增强，异常透射，在传感，生物探测方面都有着重要的应用。石墨烯作为材料界的明星，其独特的热学和电光性能一直备受研究者的青睐。研究人员发现表面等离激元不仅能在石墨烯上激发而且还能在石墨烯上传导，并在2

5、012年实验上得到了证实。结合石墨烯材料本身的优越性能和表面等离激元的应用潜能，故近几年石墨烯表面等离激元的研究成为备受关注的热点研究方向。本文基于石墨烯表面等离激元在等离子体诱导透明和吸收效应方面做了一定的研究。文章的主要工作和结果如下：(1)我们创新设计了一个能实现等离子体诱导透明(PIT)的石墨烯超材料结构。具体结构是由石墨烯圆环（作为明模式）和石墨烯条带（作为暗模式）周期性排列而成。我们用时域有限差分法(FDTD)从数值和模拟方面研究了PIT效应。通过研究PIT效应的形成机理，我们发现：圆环作为明模式（偶极子）与石墨烯条带作为暗模式（四极子）相互作

6、用形成PIT。我们用谐振子模型探索PIT谱线的物理机制得到很好的拟合结果。在我们设计的结构中对PIT进行调控有两种方式：改变结构参数，改变石墨烯的费米能。同时，我们研究了我们结构的慢光效应。群延时超过0.03ps等效于光在真空中行进9um的距离。重点研究了我们系统的传感性能，研究发现可以实现较高的RIU——折射率改变每单元对应的谐振波长的改变可达4833nm/RIU。我们设计的结构在慢光器件，传感器方面存在巨大的潜在应用。(2)我们在三维的石墨烯波导系统中实现了等离子体诱导吸收效应(PIA)。我们的波导系统是由两个石墨烯圆环和两条石墨烯主波导构成。同样的，

7、我们用时域有限差分法对石墨烯波导系统的PIA效应进行了研究。我们通过改变两个石墨烯圆环的间隙对PIA的形成机理进行了研究。两种传输途径(

8、1>-

9、2>和

10、1>-

11、2>-

12、3>-

13、2>)的干涉相消形成了PIA窗口。出于应用的考虑，通过增加一个圆实现双诱导吸收峰现象，形成机理也是两种途径的干涉相消(

14、1>-

15、2>-

16、3>和

17、1>-

18、2>-

19、3>-

20、4>-

21、3>)。我们研究了结构参数改变对PIA的影响，研究发现PIA谱线随着石墨烯圆环半径的增大有明显的红移。在不改变系统的结构参数的情况下，只改变石墨烯的费米能，我们实现了主动可控的PIA效应。同时，我们对系统的传

22、感性能做了充分的研究。我们设计的石墨烯波导系统对周边环境折射率的改