石墨微结构的等离激元诱导透明特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangxl2000
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等离激元诱导透明(plasmon-induced transparency,PIT)是表面等离激元间相互作用使透射光谱产生透明窗口的现象,常见的研究材料包括石墨烯、金属、碳化硅等,在光传感器、调制器、慢光器件、光开关等领域有着重要的研究价值。除了电子外,石墨薄膜的太赫兹响应还受到无质量狄拉克空穴的影响。本文设计并优化了石墨薄膜微结构,探究其PIT特性及慢光特性。石墨薄膜的电导率反映了电子、无质量狄拉克空穴、带间跃迁对太赫兹响应的影响。基于Kubo公式,结合查阅的实验数据计算15 nm厚石墨薄膜在3-18THz波段的电导率。基于二维电子气理论计算了不同温度下的石墨薄膜电导率,分析石墨薄膜太赫兹光谱的温度响应。考虑电子、无质量狄拉克空穴对石墨薄膜太赫兹响应的影响,对电导率公式进行了修正并验证了其准确性,分别给出电子、无质量狄拉克空穴影响下石墨薄膜的太赫兹光谱。设计了具有宽带光谱响应的石墨条块-圆环-圆盘(Block-Ring-Disk,BRD)结构,其透明窗口半高全宽达3.3 THz。FDTD仿真结果显示BRD结构PIT现象由亮、暗模式耦合引起,并验证了其偏振无关特性。仿真得到BRD结构PIT透射光谱随结构参数、温度的变化。忽略带间跃迁的影响时,分别得到电子、无质量狄拉克空穴影响下BRD结构PIT透射光谱随结构参数、温度的变化。无质量狄拉克空穴对PIT温度响应的影响与电子相同,对PIT结构参数响应的影响比电子更明显。分析了BRD结构PIT现象产生的慢光效应,考虑无质量狄拉克空穴的影响,分析了BRD结构慢光性能随温度、结构参数的变化规律。基于耦合模理论对BRD结构的PIT现象进行分析,计算结果与FDTD仿真结果较为吻合。结合理论计算结果分析了BRD结构PIT光谱随温度、结构参数变化趋势。基于耦合模理论计算得到了BRD结构慢光效应产生的相位差与群折射率,考虑电子、无质量狄拉克空穴的影响,分析并得出了BRD结构的慢光性能随温度与结构参数的变化规律。
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