基于石墨烯和雙曲色散超材料的新型光學(xué)功能器件性能研究.pdf

1、近年來，由于傳統(tǒng)光學(xué)材料對電磁波的響應(yīng)有限，尤其在太赫茲波段，大多數(shù)自然材料無法響應(yīng)該波段，導(dǎo)致該波段無法得到充分的開發(fā)利用，人們將目光轉(zhuǎn)向了石墨烯，人工超材料等新型電磁材料，這些新型材料由于其具有獨特的電磁響應(yīng)特性，可實現(xiàn)傳統(tǒng)材料所無法實現(xiàn)的光學(xué)現(xiàn)象和功能。
　　石墨烯是只有一個原子厚度的一種二維材料，可以在紅外及太赫茲波段表現(xiàn)出類金屬的性質(zhì)，支持表面等離子體激元的傳播。并且，石墨烯還具有對電磁場的限制效果強(qiáng)，損耗低，光學(xué)性質(zhì)可

2、調(diào)等一系列優(yōu)點，為實現(xiàn)亞波長控制，動態(tài)調(diào)節(jié)等新型器件提供了新的途徑。
　　人工超材料是由亞波長的結(jié)構(gòu)單元周期排列而成的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料，具有獨特的調(diào)控電磁波特性，可以實現(xiàn)負(fù)折射，超分辨成像，電磁隱身等超常光學(xué)現(xiàn)象。人工超材料的一個重要分支是雙曲色散超材料，由于其介電常數(shù)或者磁導(dǎo)率張量中，一個方向的主分量與另外兩個方向的主分量符號相反，而使其等頻線呈雙曲線性。這類超材料有許多獨特的特性，在負(fù)折射，增強(qiáng)自發(fā)輻射，寬帶吸波等方面有

3、重要應(yīng)用潛力。
　　基于石墨烯和雙曲色散超材料獨特的光學(xué)特性，本文主要開展了以下幾部分工作：
　　(1)利用石墨烯在太赫茲波段表現(xiàn)出類金屬性質(zhì)，支持表面等離子體激元傳播的特點，提出了一種基于石墨烯的混合型波導(dǎo)，可以在太赫茲波段實現(xiàn)對光的亞波長控制同時保證較遠(yuǎn)的傳播距離。
　　(2)利用石墨烯的化學(xué)勢可通過加電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的特點，我們將石墨烯引入到雙環(huán)類電磁誘導(dǎo)透明結(jié)構(gòu)中，通過加電壓的方式來調(diào)節(jié)石墨烯的化學(xué)勢，進(jìn)而改變其電