含石墨烯光子晶體的光學(xué)特性.pdf

1、自2004年，實(shí)驗(yàn)上利用機(jī)械剝離法制備出石墨烯后，石墨烯就成為了物理學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究的重點(diǎn)。石墨烯僅具有原子層厚度，且具有比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料更高的載流子遷移率，更好的柔韌性和良好的穩(wěn)定性能，以及獨(dú)特的光學(xué)特性，單層厚的的石墨烯在可見(jiàn)光范圍幾乎是百分之百透明，對(duì)入射光的吸收約為0.0233，因此將石墨烯應(yīng)用到透明電極、光電探測(cè)器等光電設(shè)備具有重要意義。但是，由于像光電探測(cè)器這類(lèi)設(shè)備是需要材料與光的強(qiáng)相互作用，而石墨烯與光的較弱的相

2、互作用將限制了它的應(yīng)用，因此如何增強(qiáng)石墨烯與光相互作用已成為近些年的研究熱門(mén)。
　　光子晶體的概念自1987年提出后，在各個(gè)領(lǐng)域就受到了極大的重視。它的晶格尺度可以與電磁波波長(zhǎng)相比擬，基本特征是可以調(diào)控電磁波的傳播。完美的光子晶體具有光子帶隙，可以禁止電磁波在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的傳播。如果在完整的光子晶體中插入缺陷層來(lái)破壞它的周期性，則可以在光子禁帶中出現(xiàn)缺陷模，缺陷模頻率處的電磁波可以百分百的透射。因此利用光子晶體這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)增

3、強(qiáng)石墨烯的光吸收具有重要意義。
　　本文實(shí)驗(yàn)上采用電子束蒸發(fā)法制備一維全介質(zhì)光子晶體、濕轉(zhuǎn)移方法制備石墨烯薄膜，理論上采用傳輸矩陣的方法，主要研究了利用一維全介質(zhì)光子晶體來(lái)增強(qiáng)可見(jiàn)光范圍內(nèi)石墨烯薄膜的光吸收。
　　論文第二章中，我們主要研究了表面含石墨烯的一維光子晶體的光學(xué)特性。較多周期數(shù)的一維全介質(zhì)光子晶體在禁帶頻段可以作為反射鏡，禁帶波長(zhǎng)范圍內(nèi)的入射光完全反射。將石墨烯薄膜放置于一維光子晶體表面后，在光子禁帶范圍石墨烯對(duì)

4、光的吸收則大大提高。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)上證明了將一、二、三層石墨烯薄膜放置在一維光子晶體表面，整個(gè)光子禁帶范圍的光吸收都被增強(qiáng)。光波垂直入射、TE和TM偏振下斜入射時(shí)，石墨烯薄膜的最大光吸收率都提高了大約4倍。并且我們理論研究發(fā)現(xiàn)，用本章方法來(lái)增強(qiáng)石墨烯光吸收的一維光子晶體必須具有較多的周期數(shù)，且與組成光子晶體的介質(zhì)層的排列順序有關(guān)。
　　論文的第三章主要研究了缺陷中心含石墨烯的一維光子晶體的光學(xué)特性。周期排列的完整的光子晶體中插入缺陷層

5、后，光子晶體禁帶中會(huì)產(chǎn)生缺陷模。當(dāng)缺陷層為較低折射率的材料時(shí)，在缺陷處電場(chǎng)強(qiáng)烈局域;缺陷層具有較高的折射率時(shí)，缺陷模處的電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎為零。我們研究發(fā)現(xiàn)將石墨烯薄膜插入在較低的折射率材料構(gòu)成的缺陷層處時(shí)，可以大大提高其光吸收，若將石墨烯薄膜插入在較高折射率介質(zhì)形成的缺陷層處時(shí)，則石墨烯的光吸收減小到幾乎為零。這里我們考慮了完全對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)光子晶體兩種不同光子晶體結(jié)構(gòu)。
　　第四章我們主要從理論上研究了利用棱鏡激發(fā)布洛赫表面波來(lái)實(shí)現(xiàn)單