论文部分内容阅读
自2004年石墨烯被发现以来，因其独特的电学及光学特性而受到广泛关注。石墨烯表面等离子体学结合表面等离子体及石墨烯各自的优点，已被证明具有广泛的应用前景。目前，石墨烯表面等离子体波导调制器的调谐机制主要依靠调节石墨烯的费米能级，改变其等效折射率虚部，从而改变对入射表面等离子体波的吸收能力来实现，而通过改变石墨烯等效折射率实部来实现调谐功能的研究较少。在可见光波段，通过调节费米能级改变等效折射率实部的幅度有限，而在红外及太赫兹波段，这种调节机制引起的等效折射率实部改变则较为明显。本论文在石墨烯费米能级可调特性的基础上，在红外波段研究了费米能级变化对等效折射率实部的影响，进而设计在此波段范围的石墨烯表面等离子体可调谐波导结构，取得了以下研究成果: 1)提出了一种在红外波段石墨烯表面等离子体二维微纳可调谐波导结构，通过在整块石墨烯表面施加不同电场，改变其费米能级分布从而调节等效折射率实部，实现表面等离子体波的二维模式低损耗传播、一维模式扩散、或高损耗模式截止等功能。 2)本论文讨论了入射频率对波导电场能量截面分布的影响，波导包层部分石墨烯费米能级、芯层宽度和入射频率对损耗系数的影响。该波导具有良好的调谐深度及带宽，而且对于波导芯层部分宽度具有高容错性，可被应用为石墨烯表面等离子体微纳光调制器与微纳可调光衰减器。 3)在此基础上，本论文提出了改进型石墨烯表面等离子体二维微纳可调谐波导结构，通过改变波导芯层部分结构，从而避免类边模模式传播对波导调制系数的下降，因此具有更优性能，在红外波段具有极大的应用前景。