石墨烯表面等离激元特性研究

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表面等离激元(Surface Piasmon Polaritons,简称SPPs)具有很多优越的特性,尤其是小孔异常透射和局域电磁场巨大增强,为解决传统光学系统(器件)的衍射极限问题提供了新的技术途径,在超分辨成像、高分辨成像光刻、新型微纳光电器件设计等方面都有很好的应用,是目前微纳光学领域的研究热点。与贵金属 Ag、Au等激发SPP相比,石墨烯SPP在中红外波段更有一些独特的优势,比如:SPP波数b实部大,而虚部小,具有更好的局域特性和更远的传播距离;石墨烯的电导率可以通过化学掺杂或改变栅极电压Ebias的方法动态实时地调整,可以按需创建所需的介电常数,对SP波的激发调控更加自由灵活;石墨烯具有高透明度,光能量吸收小,损耗低等等。因此,对石墨烯中的SPP特性进行研究将对中红外波段SPP器件的设计和应用提供理论依据。  本文对石墨烯 SPPs的基本理论进行初步分析并借助于 FDTD Solutions电磁场计算软件对石墨烯中的SPP电磁场特性进行了研究。论文从石墨烯的基本物理特征出发,详细地介绍了石墨烯表面等离激元的优势,着重阐述了石墨烯的表面等离激元的研究现状;在系统分析表面等离激元的基本原理基础之上,详细研究了表面等离激元的激发方式;建立了基于石墨烯的表面等离激元激发重现的理论模型,并利用FDTD Solutions电磁场计算软件对理论模型进行模拟,得出在一定入射光角度下,石墨烯表面等离激元可以发生双面耦合,验证了软件仿真的正确性;提出单层石墨烯分别在自由空间和附在石英基底上的模型,并对其透射特性进行分析;最后,详细分析石墨烯条带阵列激发表面等离激元的透射特性,得出,石墨烯阵列周期宽度的变化可以实现对表面等离子激元的调制。
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