DOI: 10.7498/aps.67.038102
物理学交叉学科及有关科学技术领域
涂覆石墨烯的非对称并行电介质纳米线波导的模式特性分析
彭艳玲1, 薛文瑞1, 卫壮志1, 李昌勇2
1. 山西大学物理电子工程学院, 太原 030006;
2. 山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 030006
Mode properties analysis of graphene-coated asymmetric parallel dielectric nanowire waveguides
Peng Yan-Ling1, Xue Wen-Rui1, Wei Zhuang-Zhi1, Li Chang-Yong2
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电话：010-649863 &&E-mail：
网络系统维护电话：010-; 技术支持邮箱 .cn石墨烯等离子超介质可使药检达单分子水平--《中国粉体工业》2013年01期
石墨烯等离子超介质可使药检达单分子水平
【摘要】：正据物理学家组织网1月14日(北京时间)报道,一个由英国曼彻斯特大学和法国艾克斯-马赛大学人员组成的研究小组,开发出一种新型的等离子超介质探测设备,利用了奇点光学中超常相位拓扑的性质,能通过简单的光学系统就看到单个分子,并在几分钟内分析出它的成分,药物检测精确
【分类号】：O561;TB383.1
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400-819-9993石墨烯离散波导阵列成像与光束调控特性--《华中科技大学》2015年博士论文
石墨烯离散波导阵列成像与光束调控特性
【摘要】：超构材料通过亚波长微结构的设计可以实现等效电磁参数调控,从而实现超构材料与光波作用方式的调控。光波在其中传输时,会出现许多在自然材料中所没有的超常光学现象。通过对这些现象的研究,在光信息处理以及全光互联网等方面具有重要的理论和应用价值。
为了突破衍射极限,基于表面等离激元(SPPs)的超构材料逐渐引起了广泛的关注。而以石墨烯为载体的阵列结构相比传统的金属阵列具有更多优势。对于中红外波长区的SPPs,石墨烯对其约束更强而损耗更小。除此之外,石墨烯材料的可调控性也是金属材料所不具有的。
本论文中,分别以耦合波理论和频域有限差分方法对表面等离激元在石墨烯阵列中的成像与传播调控特性进行了对比分析,理论分析和数值模拟结果吻合的较好。主要的研究成果如下：
(1)提出将耦合波理论用于解决在弱耦合条件下石墨烯阵列中表面等离激元的传播问题。建立了适用于石墨烯波导阵列的耦合波方程。并通过编写频域有限差分方法(FDFD)计算程序验证了该理论的正确性,为研究表面等离激元在石墨烯阵列中的传播提供了有效的理论支持。(2)首次提出了在弱耦合条件下石墨烯阵列中存在的离散表面等离激元泰伯效应。与连续的表面等离激元泰伯效应相比,泰伯距离可以通过调节石墨烯阵列的化学势和层间距而改变。泰伯距离可以缩小至入射波长的二十分之一,这是由于相邻波导中表面等离激元之间的耦合作用造成的。这种离散的表面等离激元泰伯效应在亚波长成像设备的制作方面有着广泛的应用前景。
(3)利用化学势渐变和介质宽度渐变两种不同结构的石墨烯阵列产生SPPs的空间布洛赫振荡。在这两种石墨烯阵列中,与传播方向垂直的方向上均有SPPs传播常数的梯度。第一种阵列中SPPs传播常数梯度是通过逐渐变化每个石墨烯的介电常数而获得。我们利用耦合波理论解析地得到了多波导激发方式下SPPs在阵列中的强度分布,展现了振荡模式的SPPs空间布洛赫振荡效应。用频域有限差分法模拟不同激发方式下SPPs在这两种波导阵列中传播,获得了与耦合波理论相吻合的结果。第二种石墨烯阵列通过逐渐变化石墨烯之间的介质层宽度而获得SPPs传播常数梯度,同样用FDFD模拟了多波导激发方式下SPPs在波导阵列中的强度分布。不同与前一种情况,多波导激发方式下SPPs仅呈现了简谐振荡效应。
(4)我们首次提出了在双周期石墨烯阵列中存在表面等离激元的颤振效应。通过传输矩阵方法和耦合波理论精确得到了该结构中SPPs的衍射曲线和带隙结构。用频域有限差分法模拟了SPPs在这种波导阵列中传播图像,获得了与耦合波理论相吻合的结果。其颤振运动的周期达到了微米量级而振幅也有几十个纳米,因而更便于在实验上进行观察。
(5)用800nm波长脉宽为50飞秒的激光器结合Z扫描方法研究了不同浓度的石墨烯溶液的非线性吸收和光限幅特性。样品表现出的大的反饱和吸收来源于双光子吸收机制。这种非线性特性导致当入射激光能量大于0.3J/cm2时,石墨烯样品归一化透过率显著减小,从而达到光限幅的目的。通过对不同浓度测量结果的比较,随着浓度的增加,这种非线性吸收效应逐渐增强,但当浓度超过10mg/L后,由于石墨烯薄片的聚集效应会造成非线性吸收效应减弱。
【学位授予单位】：华中科技大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2015【分类号】：TQ127.11
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400-819-9993石墨烯辅助的波导传输特性和传感应用研究--《云南大学》2016年硕士论文
石墨烯辅助的波导传输特性和传感应用研究
【摘要】：波导是一种重要的传输线,光频段和微波频段的波导技术已经发展得较为成熟,而红外和太赫频段的波导技术相对空白。近年来,石墨烯由于其优异的性能,可以作为红外和太赫频段电磁波波导材料而成为人们关注的焦点。石墨烯波导的原理是利用石墨烯激发红外和太赫兹频段的表面等离子体激元(一种表面波),实现电磁波沿着石墨烯表面传输。波导形状,石墨烯的材料参数等因素都会对波传输产生影响。因此,研究石墨烯波导的传输特性对石墨烯波导器件的设计和利用具有非常重要的意义。本文主要研究条带形和圆环形石墨烯波导的传输特性,并利用石墨烯波导实现分子传感。具体内容如下：1.分析了三种条带形石墨烯波导的传输特性。从推导色散关系着手,分析了单层石墨烯带、双层石墨烯带和加载介质的石墨烯带波导的传输特性和模式特性。单层、双层石墨烯带波导中都存在波导模和边缘模。对称的双层石墨烯带由于存在耦合效应,会出现对称模与反对称模。加载介质石墨烯波导的介质带宽度会对其传输特性产生很大影响。2.分析了圆环形石墨烯波导的传输特性。简要介绍单层石墨烯波导的传输特性,模式特性,其模式的场分布沿着圆周呈驻波样分布。重点研究双层圆环石墨烯波导的传输特性,推导出了其波导模的色散关系并求解,与数值仿真结果高度一致；分析了圆环半径、费米能级和耦合距离对模式、波导性能和模式截止特性的影响；利用双层石墨烯带弯曲后对模式局域特性影响很小的原理,结合波传输条件推导出了双层石墨烯圆环高阶模截止频率与半径关系的解析模型,并求解,然后仿真验证了解析结果的正确性。3.基于强电磁场与物质相互作用传感的思想,以双层圆环石墨烯波为平台设计出了一种传感模型,以酒精和甲苯分了为例,证明了该模型可被用于宽带和高灵敏度的分子检测；最后基于同样的传感思想,设计了一种凹槽深度渐变型褶皱金属结构波导,分析了其传输特性,并利用该波导进行对酒精和甲苯分子进行检测,证明了其宽带特性,且与石墨烯分子传感器进行了比较。对石墨烯波导传输特性和传感应用的分析,有助于我们深入了解波在石墨烯表面的传输机理,为我们设计、利用石墨烯波导器件和下一步的实验工作提供了理论指导。
【学位授予单位】：云南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2016【分类号】：TN814;O613.71
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