石墨烯光子晶体复合结构的磁光特性研究

摘要

石墨烯是一种新型二维纳米材料，其独特性质引起了人们的广泛兴趣，在超高速电子器件、柔性光电子器件、微纳力学等方面有广泛应用前景。特别地，石墨烯中朗道能级间的光跃迁表现出很强的圆各向异性，且对外加磁场极为敏感，在磁光调控方面具有重要的应用前景。本文主要研究了石墨烯在磁场下的朗道能级间的磁光性质及石墨烯-光子晶体复合结构对其磁光效应的调控作用。主要工作内容和研究结果如下：
　　（1）石墨烯-光子晶体微腔复合结构的磁光特性。利用转移矩阵方法研究发现，微腔使得石墨烯的Faraday旋转增大8倍以上。着重讨论了调节腔长或磁场所引起的失谐，即石墨烯朗道能级间光子跃迁频率和微腔的腔频的频率之差对Faraday旋转角的影响。发现微腔中石墨烯的Faraday旋转对失谐极为敏感。当存在一定的失谐时，微腔中石墨烯的吸收减小，微腔Q值增加，从而使得Faraday旋转角和透射率增大，且Faraday旋转谱线由对称结构变为不对称结构。
　　（2）石墨烯-准周期光子晶体复合结构的磁光特性。着重讨论了两种准周期序列光子晶体，即Thue-Morse序列和Fibonacci序列光子晶体。研究发现，相对于光子晶体微腔而言，准周期光子晶体中的光局域性较弱，因此其对石墨烯的Faraday磁光效应的增强效果较弱。在一定频率范围内，准周期光子晶体如Fibonacci序列光子晶体可以出现多模，相应的将出现几个Faraday旋转峰。因此石墨烯-准周期光子晶体复合结构适用于多个工作频率的情况，如波分复用的磁光器件。

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第1章 绪论

1.1 石墨烯电学和光学性质

1.2 石墨烯磁光效应简介

1.3 光子晶体简介

1.4 论文主要工作

第2章 石墨烯磁光效应及转移矩阵方法的推导

2.1 石墨烯能带结构

2.2 石墨烯朗道能级

2.3 石墨烯朗道能级间的电子光跃迁几率

2.4 转移矩阵方法

第3章 石墨烯-光子晶体微腔复合结构的磁光效应

3.1 引言

3.2 微腔中石墨烯的Faraday磁光效应

3.3 失谐对石墨烯Faraday磁光效应的影响

3.4 本章小结

第4章 石墨烯-准周期光子晶体复合结构的传输特性

4.1 含石墨烯缺陷的光子晶体复合结构的传输特性

4.2 广义Fibonacci序列光子晶体对结构传输特性的影响

4.3 本章小结

第5章 全文总结

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果