石墨烯微納結構中光波的傳輸與控制.pdf

1、石墨烯為具有六角晶格結構的二維碳原子單原子層材料，它集碳納米管和光電子器件的功能于一身，具有許多優(yōu)異而獨特的物理性能,在新型光電功能材料及光電子器件等方面有著廣闊的應用前景。本文研究石墨烯調控光束在介質表面的古斯-漢欣位移和反射脈沖群延遲的機制和規(guī)律，以及石墨烯對超常材料折射率的調控特性，取得如下主要結果：
　　第一，研究垂直極化(TM極化)光束在覆有單層石墨烯介質表面上的古斯-漢欣位移，建立了古斯-漢欣位移特性與石墨烯電導率之間

2、的物理模型，揭示了調控古斯-漢欣位移的調控機制。由于石墨烯可控電導率融入到介質表面，導致了吸收特性的可控性，從而對古斯-漢欣位移的產生和大小有決定性作用，即使是單層石墨烯，也對古斯-漢欣位移有顯著調控效果；特別是，通過對石墨烯進行外界電壓的控制，可以改變古斯-漢欣位移的大小和正負。此外，闡明了石墨烯弛豫時間也可以實現(xiàn)古斯-漢欣位移的大小和正負的調控。
　　第二，研究反射光束在覆有多層石墨烯的介質或金屬上的古斯-漢欣位移，揭示了古斯

3、-漢欣位移特性與石墨烯層數(shù)之間的關系。結果表明，石墨烯覆蓋在電介質表面時，對于TM極化光束，在偽布魯斯特角附近古斯-漢欣位移隨石墨烯層數(shù)變化顯著，當層數(shù)小于等于六層時，古斯-漢欣位移為負，且其大小隨層數(shù)增加而增加；當層數(shù)大于六層時，古斯-漢欣為正，且其大小隨層數(shù)增加而變小。對于水平極化(TE極化)光束，相對來古斯-漢欣位移很小，但仍然可以通過石墨烯層數(shù)來調控。石墨烯覆蓋在金屬表面時，無論是TM還是TE極化光束，石墨烯層數(shù)的變化對反射率影

4、響較大，但是對古斯-漢欣位移的影響非常小。
　　第三，研究TM極化光束在覆有單層石墨烯介質上的反射群延遲的可調控特性，揭示了反射群延遲的產生和調控機理。弱吸收特性可以導致大的反射延遲，石墨烯的引入創(chuàng)造了產生和調控弱吸收的條件。研究發(fā)現(xiàn)，即使是單層石墨烯，也能夠實現(xiàn)較大的負反射群延遲，通過對石墨烯的電控，可以進一步在諧振附近實現(xiàn)對反射群延遲時間的有效操控。此外，闡明了石墨烯的本征參數(shù)以及石墨烯層數(shù)也可以實現(xiàn)反射群延遲大小的調控。