基于石墨烯及氮化硼的異向介質(zhì)在高分辨率透鏡中的應(yīng)用.pdf

1、作為一種新穎的變換光學(xué)設(shè)備，Hyperlens是一種很有前途的實(shí)時(shí)高分辨率透鏡，可以有效地將倏逝波轉(zhuǎn)換成行波，從而打破在光學(xué)領(lǐng)域有著負(fù)面影響的衍射極限。到目前為止，Hyperlens的實(shí)現(xiàn)有兩種方式，一種是利用金屬在光頻段的負(fù)介電常數(shù)來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，另一種是利用層狀金屬和介質(zhì)的堆疊結(jié)構(gòu)等效出不同于自然界物質(zhì)的異向介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。但是，由于損耗的存在，這些設(shè)計(jì)的成像效率并不高。
　　 石墨烯以及氮化硼等是新興的二維平面材料，由于存在很多新

2、穎的電學(xué)及光學(xué)特性而引起了極大的研究熱潮。
　　 本文對衍射極限、異向介質(zhì)的概念以及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，同時(shí)對石墨烯等二維平面材料的一些基本電學(xué)及光學(xué)特性進(jìn)行了介紹。
　　 本文的重點(diǎn)是提出了基于石墨烯及氮化硼的紫外頻段Hyperlens設(shè)計(jì)。
　　 首先，我們利用開源軟件SIESTA的光學(xué)模塊對石墨烯(Graphene)及氮化硼(Boron Nitride)的光學(xué)特性(主要是介電常數(shù))進(jìn)行計(jì)算。這個(gè)軟件是基于第

3、一性原理進(jìn)行計(jì)算的，同時(shí)還需要借助傳統(tǒng)的電磁波理論公式Kramers-Kronig關(guān)系對軟件所得數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，從而得到介電常數(shù)的實(shí)部及虛部。計(jì)算結(jié)果表明在紫外頻段石墨烯及氮化硼都存在很強(qiáng)的各向異性屬性：平行于石墨烯光軸的介電常數(shù)為正，而垂直于光軸的介電常數(shù)可以為負(fù)，這種特性正好可以應(yīng)用于超透鏡的設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，由于石墨烯等在紫外頻段的損耗相對金屬來說較小，所以彌補(bǔ)了基于金屬設(shè)計(jì)的超透鏡劣勢，可以實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的實(shí)時(shí)紫外頻段高分辨率成像。

4、
　　 接著，我們基于石墨烯及氮化硼的各向異性的特性設(shè)計(jì)了平板和半圓柱形兩種形式的超透鏡并且都給出了在COMSOL MULTIPHYSICS中的仿真結(jié)果，用以證明我們設(shè)計(jì)的超透鏡確實(shí)可以克服衍射極限在遠(yuǎn)場成像?；谑┑耐哥R仿真頻點(diǎn)選擇為f=1200 THz，其相應(yīng)的介電常數(shù)為ε=-3.817+4.265i和εx=2.229+0i，基于氮化硼的透鏡仿真頻點(diǎn)選擇為f=1400 THz，其參數(shù)為εz=-1.637+1.839i和ε