基于石墨烯薄层的可调谐超颖表面旋光器

摘要

调谐一个结构的手性光学响应对于探测材料的手性具有重要意义。现阶段，主要通过研究超颖表面旋光器来检测手性光学响应。在以往的研究中，主要通过改变超颖表面的结构来实现手性光学响应的调谐，但其检测到的手性光学响应较弱且调谐灵活性差。另外，采用手性超颖表面和非手性超颖表面都可实现手性光学响应检测，但与手性超颖表面相比，包含超分子的非手性超颖表面结构更简单，更容易实现。所以，迫切需要一种可调谐的能增强手性光学响应的非手性超颖表面旋光器设计。
　　本文中，我们基于石墨烯设计了一种三层结构的非手性超颖表面（AMS）旋光器，并检测到了显著的手性光学响应。这里，我们主要采用的是圆偏振转换差（CPCD）作为检测参数，这种外在的二维手性响应来源于AMS与斜入射波相互间的方向关系的作用。具体设计如下：首先设计一种金属/电介质/金属-圆孔阵列（MDM-CHA）的AMS结构，然后将石墨烯薄层耦合入AMS，通过电压改变石墨烯的费米能级，进而在中红外（MIR）频段调谐CPCD谱。通过结构设计与参数优化，最终得到了性能最佳的模型。在此模型基础上，进行仿真实验，结果表明，这种三层结构的非手性超颖表面在1500nm至3000nm的MIR频段对于控制电磁波是极有前景的；并且其结构简单，具有高制造容差的优点。这种结构简单的、具有可调谐强CPCD特性的、高对称非手性超颖表面可以用来制作平面透镜、手性传感器和高效旋光器。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 石墨烯概述

1.2.1 石墨烯电模型

1.2.2 石墨烯表面的并矢格林函数

1.2.3 平面波反射与透射系数

1.2.4 石墨烯的表面波

1.3 本文主要工作与创新点

1.4 本文组织架构

2 超颖表面旋光器结构和工作原理

2.1 超颖表面概述

2.1.1 超颖表面的建模思想

2.1.2 超颖表面的光学与光子应用

2.1.3 超颖表面的纳米加工技术

2.2 超颖表面旋光器的工作原理

2.3 手性超颖表面研究进展及发展趋势

2.4 本章小结

3 超材料建模中的有限差分法

3.1 超材料建模设计步骤

3.2 有限差分法基本理论

3.2.1 麦克斯韦时域方程及电介质色散

3.2.2 Yee算法核心

3.2.3 吸收边界条件和光源入射

3.3 仿真边界状态

3.4 本章小结

4 超颖表面旋光器性质仿真

4.1 基于石墨烯薄层的可调谐超颖表面旋光器的结构设计

4.2 基于石墨烯薄层的可调谐超颖表面旋光器的仿真计算

4.3 旋光器调谐性能的分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢