含石墨烯光子晶體的光學特性.pdf

1、自2004年，實驗上利用機械剝離法制備出石墨烯后，石墨烯就成為了物理學、材料科學等領域的研究的重點。石墨烯僅具有原子層厚度，且具有比傳統(tǒng)的半導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，以及獨特的光學特性，單層厚的的石墨烯在可見光范圍幾乎是百分之百透明，對入射光的吸收約為0.0233，因此將石墨烯應用到透明電極、光電探測器等光電設備具有重要意義。但是，由于像光電探測器這類設備是需要材料與光的強相互作用，而石墨烯與光的較弱的相

2、互作用將限制了它的應用，因此如何增強石墨烯與光相互作用已成為近些年的研究熱門。
　　光子晶體的概念自1987年提出后，在各個領域就受到了極大的重視。它的晶格尺度可以與電磁波波長相比擬，基本特征是可以調控電磁波的傳播。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范圍內的傳播。如果在完整的光子晶體中插入缺陷層來破壞它的周期性，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單的結構來增

3、強石墨烯的光吸收具有重要意義。
　　本文實驗上采用電子束蒸發(fā)法制備一維全介質光子晶體、濕轉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光子晶體來增強可見光范圍內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特性。較多周期數(shù)的一維全介質光子晶體在禁帶頻段可以作為反射鏡，禁帶波長范圍內的入射光完全反射。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

4、光的吸收則大大提高。我們在實驗上證明了將一、二、三層石墨烯薄膜放置在一維光子晶體表面，整個光子禁帶范圍的光吸收都被增強。光波垂直入射、TE和TM偏振下斜入射時，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)，用本章方法來增強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層的排列順序有關。
　　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，光子晶體禁帶中會產(chǎn)生缺陷模。當缺陷層為較低折射率的材料時，在缺陷處電場強烈局域;缺陷層具有較高的折射率時，缺陷模處的電場強度幾乎為零。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成的缺陷層處時，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形成的缺陷層處時，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稱和非對稱光子晶體兩種不同光子晶體結構。
　　第四章我們主要從理論上研究了利用棱鏡激發(fā)布洛赫表面波來實現(xiàn)單