金属与石墨烯表面等离激元结构的新颖光学效应研究.pdfVIP

⾦属与⽯墨烯表⾯等离激元结构的新颖光学效应研究

⽬录

摘要(i)

ABSTRACTii第⼀章绪论(1)

1.1课题研究背景(1)

1.1.1⾦属表⾯等离激元及其新颖效应与器件研究(1)

1.1.2⽯墨烯表⾯等离激元及其新颖效应与器件研究(7)

1.2本⽂研究主要内容(10)

第⼆章表⾯等离激元理论(11)

2.1⾦属表⾯等离激元(11)

2.1.1传播表⾯等离激元(11)

2.1.2局域表⾯等离激元(13)

2.2⽯墨烯表⾯等离激元(14)

2.2.1⽯墨烯表⾯等离激元⾊散特性(14)

2.2.2⽯墨烯电导率(16)

2.3本章⼩结(17)

第三章⾦属表⾯等离激元⾮对称天线结构的Fano共振和巨⼤场增强(18)

3.1近红外波段的Fano共振和场增强(18)

3.1.1⾮对称⾦属天线周期阵列的Fano共振(18)

3.1.2⾮对称⾦属天线周期阵列的电场和电荷密度分布(20)

3.1.3⾮对称性对品质因⼦和最⼤场增强的影响(21)

3.2太赫兹波段的Fano共振和场增强(24)

3.3本章⼩结(30)

第四章⽯墨烯表⾯等离激元平⾯⼿性周期结构的⾮对称传输(32)

4.1⾮对称传输的理论分析(32)

4.2⾮对称传输模型建⽴与数值计算(33)

4.2.1模型建⽴(33)

4.2.2数值计算(34)

4.3本章⼩结(39)

第五章基于⽯墨烯平⾯⼿性结构⾮对称传输的圆偏振器(40)

5.1圆偏振器结构模型建⽴(40)

5.3本章⼩结(43)

第六章总结与展望(44)

6.1本⽂⼯作总结(44)

6.2后续⼯作展望(45)

致谢(46)

参考⽂献(47)

作者在学期间取得的学术成果(53)

表⽬录

表5.1圆偏振器性能参数定义(42)

图⽬录

图1.1⼏种不同类型的⾦属光学天线实物图（图⽚源⾃参考⽂献[7]）(2)

图1.2蝴蝶结天线的(a)共振波长处的局域场分布和(b)局域场增强(图⽚源⾃参考⽂献[25])(3)

图1.3(a)双层⼿性纳⽶结构单元(b)周期结构(c)结构电镜图(图⽚源⾃参考⽂献[38])(5)

图1.4三维⼿性周期结构单元(a)A层(b)C层(c)A，C相对排列⽰意图(图⽚源⾃参考⽂献[39])(5)

图1.5(a)⾦属平⾯⼿性纳⽶结构单元(b)鱼鳞状周期栅格⽰意图(图⽚源⾃参考⽂献[44])(6)

图1.6⽯墨烯表⾯等离激元⾼分辨空间图像(a)原⼦⼒显微镜尖端的聚焦红外光束照射⽯墨烯表⾯⽰意图(b)-(e)扫描近场显微镜

下的归⼀化近场幅度s的图像(图⽚源⾃参考⽂献[66])(7)

图1.7(a)⽯墨烯纳⽶盘周期结构⽰意图(b)不同介质层厚度的吸收谱(图⽚源⾃参考⽂献[67])(8)

图1.8(a)电可调⽯墨烯纳⽶盘周期结构⽰意图(b)该结构不同费⽶能级下的透射、反射和吸收谱(图⽚源⾃参考⽂献[68])(8)

图1.9(a)不同费⽶能级下的太赫兹波吸收谱(b)⽯墨烯双层渔⽹周期结构⽰意图(图⽚源⾃参考⽂献[69])(8)

图1.10(a)⽯墨烯中空条带单元结构(b)实验所加偏压⽰意图(c)不同频率，不同偏压下的偏振光功率反射系数(图⽚源⾃参考⽂献

[70])(9)

图2.1(a)TM偏振电磁波⼊射到半⽆限⼤介质和⾦属构成的界⾯时的⼊射，反射和透射⽰意图；(b)⾦属SPs⾊散特性曲线；

(c)SPs激发时界⾯上极化电荷分布；(d)SPs激发时电场z分量⼤⼩⽰意图(图⽚源⾃参考⽂献[83])(11)

图2.2⾦属纳⽶颗粒LSP共振⽰意图(图⽚源⾃参考⽂献[85])(13)

图2.3不同形状和尺⼨的⾦属纳⽶颗粒LSP共振⽰意图(图⽚源⾃参考⽂献[86])(14)

图2.4(a)实线代表在随机相位近似条件下计算得到的2D⽯墨烯表⾯等离激元模式⾊散曲线；虚线代表局域的长波表⾯等离激

元⾊散曲线(b)相对应的标准2D电⼦⽓表⾯等离激元模式⾊散曲线(图⽚源⾃参考⽂献[89])(16)

图3.1⾦属天线⽰意图(a)间隙⾦属天线(b)⾮对称连续⾦属天线(c)⾮对称的间隙⾦属天线(18)

图3.2三种结构参数和光学共振特性。(a)-(c)三种结构的等离激元共振天线阵列

线代表反射谱，蓝⾊虚线代表透射谱，绿⾊点虚线代表吸收谱(19)

图3.3三种结构共振波长处的电荷和电场分布⽰意图。(a)x-y平⾯内⾦条上⽅5nm处的电场z分量分布图；(b)x-y平⾯内垂直⽅

向上⾦条中⼼处归⼀化的电场分布(21)