石墨烯表面等离激元诱导吸收效应的机理及应用研究

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1、学校代号10532学号S150700548分类号O469密级不保密硕士学位论文石墨烯表面等离激元诱导吸收效应的机理及应用研究学位申请人姓名文梦婷培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称翟翔实验师学科专业物理学研究方向纳米光子学论文提交日期2018年5月14日学校代号：10532学号：S150700548密级：不保密湖南大学硕士学位论文石墨烯表面等离激元诱导吸收效应的机理及应用研究学位申请人姓名：文梦婷导师姓名及职称：翟翔实验师培养单位：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14日论文答辩日期：2018年

2、5月30日答辩委员会主席：冯页新副教授Studyonthemechanismofgrapheneplasmon-inducedabsorptioneffectanditsapplicationbyWENMengtingB.S.(HunanInstitudeofScienceandTecnology)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsintheGraduateschoolofH

3、unanUniversitySupervisorExperimentalistZHAIXiangMay,2018硕士学位论文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

4、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石墨烯表面等离激元诱导吸收效应的机理及应用研究摘要随着社会的快速发展，现如今人们已经迈入了高速信息化和大数据的新时代，因而传统信息技术已经不能满足人们日益增长的对数字信息传输的要求。随之而来的信息科

5、学技术领域的不断革新和发展，高速集成化、小尺寸光学器件逐渐为人们所利用，这些器件在克服光学衍射极限方面有了很大的进展，例如，基于表面等离激元的光学器件能够将电磁波束缚于金属表面，并可以实现在纳米尺度上对电磁波的传输进行操控。一般而言，一旦支持金属表面等离激元传输的光学结构确定，它的光学性质就很难发生改变，除非纳米金属结构的几何参数发生改变。因此，如何实现动态可调吸引了科学家的极大关注。近几年来，一种新型特殊材料石墨烯的出现为本文实现纳米结构光学参数的动态可调提供了一条新的途径。本文的所有结论是建立在石墨烯等离激元结构基础上，利用时

6、域有限差分法对构建等离激元诱导吸收效应进行了深入的研究，本文的工作以及结论如下：提出了一个由单层石墨烯、Al2O3隔离层和银沟槽组成的新型结构。平面入射光垂直入射到本文的结构上面，激发了单层石墨烯的准波导模式和银沟槽的法布里-珀罗共振模式，这两种模式之间的相长干涉导致了等离激元诱导吸收效应。数值模拟揭示了本文的结构比以前的至少三个优点。首先，消光比可以达到99.999％，导致高达106的传感灵敏度(FOM*)。其次，通过改变耦合距离可以动态优化这种等离激元诱导透明效应(PIA)的强度。第三，通过改变石墨烯费米能级可以实现共振频率的

7、动态调节。该系统可能在动态光学开关和生化传感中具有潜在的应用。展示了一个超紧凑石墨烯波导系统中的等离激元诱导吸收效应，它是由带有两个空气腔石墨烯波导和边耦合的石墨烯纳米条带组成。通过设计两个相干光学路径，由于两个石墨烯纳米条带所支持的辐射和亚辐射模式之间的极度破坏性干扰，可以在透射谱中实现显著的等离激元诱导吸收效应。共振强度对两个石墨烯纳米条带之间的耦合距离有强烈的依赖，并且可以通过改变石墨烯纳米条带的费米能级动态调节共振波长。此外，可以在吸收窗口达到-0.14ps的群延迟时间，这表明了独特的快光特性。另外，还通过引入另一种石墨烯

8、纳米条带引起双PIA现象。本文的结果可能为在超紧凑型等离激元激元器件设计中控制光信号传输铺平道路。关键词：表面等离激元；石墨烯波导；时域有限差分方法；等离激元诱导吸收II硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentof