【摘 要】
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石墨烯纳米带,作为一种优秀的二维材料,因具有质量密度低、尺寸小、品质因子高等特点而被用来制备理想的纳米机械振子。四波混频是一种非常重要的非线性光学效应,在量子通信和量子成像以及光谱分析等方面应用广泛,所以研究石墨烯纳米带振子体系中的四波混频特性在光子学和光电子学领域具有较大的潜在应用价值。本文围绕Au纳米颗粒表面等离激元调控单膜石墨烯纳米机械振子体系的四波混频特性开展了一系列研究工作,具体研究内容
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石墨烯纳米带,作为一种优秀的二维材料,因具有质量密度低、尺寸小、品质因子高等特点而被用来制备理想的纳米机械振子。四波混频是一种非常重要的非线性光学效应,在量子通信和量子成像以及光谱分析等方面应用广泛,所以研究石墨烯纳米带振子体系中的四波混频特性在光子学和光电子学领域具有较大的潜在应用价值。本文围绕Au纳米颗粒表面等离激元调控单膜石墨烯纳米机械振子体系的四波混频特性开展了一系列研究工作,具体研究内容和结果如下:（1）本文建立了 Au纳米颗粒/石墨烯纳米机械振子复合体系的理论模型,利用量子力学方法写出体系的哈密顿量,利用海森堡运动方程和算符之间的对易关系,推导出体系的激子粒子数反转和四波混频的解析公式,研究了这些表达式与激发条件和体系结构参量的关系,探索了该体系光学四波混频特性增强所需的条件。（2）本文研究了 Au纳米颗粒/单层石墨烯纳米机械振子复合体系中的四波混频特性。结果表明:通过调节激子-声子和激子-等离激元耦合强度大小,四波混频谱可以在双峰、三峰、四峰和五峰之间切换,这主要归因于激子能级的劈裂。在双强耦合状态下,由于两个耦合的强强联合,体系四波混频信号的峰值增益在低双稳态阈值附近高达109。在仅存在激子-等离激元耦合的情况下,四波混频谱变为两峰结构;在弱泵浦场作用情况下,通过调节颗粒与振子之间的距离,系统的四波混频信号展现出很强的增益;增大泵浦场强度可以增强四波混频信号。（3）本文研究了 Au@SiO2核壳纳米颗粒/单层石墨烯纳米机械振子复合体系中的四波混频特性。结果表明:当SiO2壳层厚度不为0时,体系的四波混频信号随颗粒-振子中心距离的增大而增大。在颗粒-振子中心距离一定的情况下,随着SiO2壳层厚度的增大,体系的四波混频信号也逐渐增强。在激子-等离激元强耦合情况下,体系的四波混频信号随激子-声子耦合强度的增大而增大;增大SiO2壳层厚度仅增强了四波混频信号的大小,几乎不影响激子-声子耦合强度对信号增益。在激子-等离激元与激子-声子双强耦合情况下,体系的四波混频信号随泵浦强度的增大而增强。另外,SiO2壳层厚度对四波混频信号的增强作用再次得到了验证,却仍然不影响泵浦强度对信号的增益效果。
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