表面等离激元诱导透明及可调光开关的研究

论文摘要

表面等离激元是入射电磁波与金属表面的自由电子耦合引起的集体振荡形成的电磁波。表面等离激元具有的突破衍射极限的特点,使得其可以在亚波长尺度下传播,从而应用于大规模集成光路。金属表面等离激元结构简单,应用广泛,可以用于等离激元诱导透明、等离激元传感等方面。石墨烯表面等离激元将表面等离激元与太赫兹波段联系起来,降低了损耗,提高了传输效率,同时可以实现对其的调控。本文分别以金属表面等离激元和石墨烯表面等离激元为结构基础,设计了矩形环盘结构波导、非线性材料圆环波导以及电可调石墨烯光开关,分析了其传输特性等。本文的主要内容如下:（1）简要介绍了表面等离激元的发现、性质、特点,并简要介绍了研究的背景以及发展现状。（2）以金属自由电子气模型为起点介绍了金属表面等离激元的波动方程,分别介绍了单界面以及多界面系统中的表面等离激元的表达形式及特征性质,最后介绍了金属表面等离激元的几种常用激发方法。（3）从石墨烯的电子能带结构出发,推导了石墨烯的电导率,介绍了石墨烯表面等离激元的表达方式,并分别对单层石墨烯、多层石墨烯、石墨烯金属混合结构中表面等离激元的模式进行分析,并介绍了不同结构中石墨烯表面等离激元的特点。（4）设计了具有两个矩形环盘结构的金属-绝缘体-金属（MIM）等离子体波导,通过数值模拟分析了几何参数对透射谱的影响,结果表明可以通过更改几何参数来调整透明窗口。（5）设计了上下圆盘的MIM波导,分析了几何参数对透射谱的影响,同时在一个圆盘中引入非线性材料,分析了泵浦光强度对透射谱的影响。结果表明结构的几何参数会透射谱产生影响,同时,加入非线性材料使得该种结构可以实现特定波长的滤波效果。（6）设计了一种以石墨烯混合波导为基础的光开关,分析了波导的耦合长度以及石墨烯几何尺寸变化对端口透射的影响。结果表明通过调节结构中石墨烯的费米能级,可以实现对特定波长的入射光的开关以及分束作用,同时,当石墨烯的几何尺寸变化时,可以通过调节石墨烯的费米能级来保证器件可以实现相同的功能。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 研究背景和发展现状
•   1.3 本文主要内容及结构安排
• 第二章 金属表面等离激元及其激发方式
•   2.1 金属自由电子气介电模型
•   2.2 波动方程的建立
•   2.3 单界面系统中的表面等离激元
•   2.4 多界面系统中的表面等离激元
•   2.5 表面等离激元的激发方式
•     2.5.1 棱镜耦合
•     2.5.2 光栅耦合法
•     2.5.3 近场激发法
•   2.6 本章总结
• 第三章 石墨烯等离激元的基本性质
•   3.1 石墨烯的电子能带结构及电导率
•   3.2 石墨烯表面等离激元
•   3.3 单层石墨烯中的表面等离激元
•   3.4 双层石墨烯中的表面等离激元
•   3.5 石墨烯金属混合结构中的表面等离激元
•   3.6 本章总结
• 第四章 矩形环盘结构的MIM等离子体波导中的诱导透明
•   4.1 模型构建与材料参数
•   4.2 模拟结果与分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 基于非线性材料的MIM波导滤波器
•   5.1 模型构建与材料参数
•   5.2 模拟结果与分析
•   5.3 本章小结
• 第六章 基于石墨烯混合波导的可调光开关
•   6.1 模型构建与材料参数
•   6.2 模拟结果与分析
•   6.3 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 都玮

导师: 云茂金

关键词: 表面等离激元,等离激元诱导透明,石墨烯,光开关

来源: 青岛大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,无机化工,电力工业

单位: 青岛大学

分类号: TQ127.11;O53;TM564

DOI: 10.27262/d.cnki.gqdau.2019.001845

总页数: 68

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