基于表面等离激元的石墨烯超材料及其吸收特性研究

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近年来,石墨烯由于其独特的性质成为研究的热点。石墨烯阵列可以通过对费米能级、弛豫时间,以及结构几何参数的调节,对光波的吸收进行有效的控制,这对可调光吸收器的设计有一定的指导意义。本文提出了两种由周期性箭头型石墨烯阵列组成的可调光吸收器,它们可在远红外和太赫兹波段工作。文中主要利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)对两种结构进行计算分析,研究了不同参数和不同条件下两种吸收阵列的吸收特性。研究结果可以应用于光电探测器和光子器件设计。本文的主要工作如下:1.首先设计出了形如单箭头的石墨烯结构,并研究了几何参数、费米能级,弛豫时间以及入射光相位角对光吸收的影响,分析了该结构的吸收特性。结果表明,费米能级增大时,吸收峰发生蓝移且峰值增大,当弛豫时间同时变化时,共振波长处的吸收率对应增大12倍。当其它参数一定,弛豫时间和入射光的相位角变化时,共振波长均保持不变,但吸收峰值会发生变化。同时,添加金层后,吸收峰值大大增加。2.在单箭头吸收器的基础上对比设计了双对称的箭头型石墨烯阵列,并分析了该结构的吸收特性。经计算分析得到的吸收光谱图中都有两个较为明显的吸收峰,可以达到选择吸收和单独调制的目的。结果表明,当费米能级变大,结构的吸收峰值也增大。当其他参数恒定且弛豫时间增加时,共振波长基本不变,其中一个吸收峰峰值先增大后减小。同时,改变同一几何参数时,共振峰的变化规律也不同。
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