采用導模共振激發(fā)表面等離子體波的石墨烯

《采用導模共振激發(fā)表面等離子體波的石墨烯》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、南京郵電大學畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯學院地理與生物信息學院?！　I(yè)生物醫(yī)學工程學生姓名杜榮品班級學號B110903B11090315外文出處附件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文指導教師評價：1．翻譯內(nèi)容與課題的結(jié)合度：√優(yōu)□良□中□差2．翻譯內(nèi)容的準確、流暢：√優(yōu)□良□中□差3．專業(yè)詞匯翻譯的準確性：□優(yōu)√良□中□差4．翻譯字符數(shù)是否符合規(guī)定要求：√符合□不符合　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　指導教師簽名：晏善成　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2015年　5月　15　日采用導模共振激發(fā)表面等離子體波的石墨烯WeiluGao,JieShu,Ciy

2、uanQiu,andQianfanXu美國，德克薩斯77005，休斯敦，萊斯大學，電氣和計算機工程摘要我們提出了一種基于石墨烯的有源器件電漿子。在單層石墨烯高度約束等離子波用硅蝕刻衍射光柵得到有效激發(fā)。的導波共振在組合結(jié)構(gòu)上創(chuàng)建的正常發(fā)生率透射譜尖銳缺口，作為入射光波耦合到石墨烯等離激元波。這種結(jié)構(gòu)可以用作一個高度可調(diào)光濾波器或?qū)拵д{(diào)制器，因為諧振波長可以快速調(diào)諧在寬波長范圍內(nèi)通過在費米能量的微小變化石墨烯的水平。在本文中，我們分析了該裝置的使用有限差分時域仿真的性能。我們提出的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上結(jié)合電漿振蕩最近展示了石墨烯納米帶進行比較。石墨烯獨特的電子特性1-3使它建立一個高度集成有源光子器件和

3、系統(tǒng)從近紅外到太赫茲寬波長范圍內(nèi)的理想平臺4-9?；钴S的等離子體是一個新興的領(lǐng)域，允許光的外部控制和操作限制在一個有著深亞波長尺寸的結(jié)構(gòu)中?，F(xiàn)有的等離子體設(shè)備要么速度10慢要么可調(diào)性受到限制11，12。原則上，半導體中自由載流子（電子或空穴）可以被調(diào)整到幾個數(shù)量級，從而導致發(fā)生戲劇性的變化。這將允許對超寬可調(diào)性等離子體波的有強大的控制。然而，在室溫和高載流子密度情況下，傳統(tǒng)半導體中載流子遷移速率太低無法支持等離子體波進行有意義的傳播距離。相比之下，即使在室溫和高載流子密度情況下，載流子在石墨烯中依然保持著很高的遷移速率。因此，高度限制的等離子體波能夠在石墨烯膜上傳播許多微米，這是石墨烯中等離

4、子體波在中紅外頻率空間周期的100倍。4通過在場效應管施加一個偏置電壓可以使石墨烯中載流子密度調(diào)整超過2個數(shù)量級大小，這可以實現(xiàn)調(diào)諧時間低于1納秒。14除了廣泛的可調(diào)性，石墨烯中的表面等離子體波具有極高的領(lǐng)域限制。理論研究表明，中紅外表面等離子體波的電場位于一層幾十納米厚，小于2個數(shù)量級的真空波長。4高度本地化的光場產(chǎn)生強大的光與物質(zhì)的相互作用，可用于制造靈敏度傳感器或打造高效能的非線性光學器件。15表面等離子體波在較寬的波長范圍還具有較低的群速度（～c/100），當波慢慢的通過媒介傳播時使光與物資的相互作用進一步增強。盡管理論上可以預測這些令人印象深刻的能力，但是鑒于其波矢比自由空間電波大

5、得多，所以關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是有效的耦合到該等離子體波。而最近發(fā)現(xiàn)在石墨烯帶中顯示出了石墨烯表面等離子體效應，這是由于等離子體在有界的色帶內(nèi)振蕩，而不是表面等離子體波在一個連續(xù)的石墨烯層傳播。在本文中，我們提出了在石墨烯薄利用衍射光柵膜創(chuàng)建一個導波，這樣可以從正入射透射光譜直接觀察到共振。導膜共振耦合垂直入射的光波到傳播表面等離子體波面內(nèi)，從而在光傳輸?shù)闹C振頻率產(chǎn)生強烈的變化。這種結(jié)構(gòu)使我們能夠衡量色散和石墨烯中等離子體波光電性質(zhì)的關(guān)系。我們將證明，光柵充當它可以與石墨烯的費米能級的小變化來調(diào)諧可調(diào)諧的濾光器。這種結(jié)構(gòu)可以用于構(gòu)建具有廣泛工作帶寬的超快空間光調(diào)制器，并且開辟了一種建立二維等離子體光子

6、電路和金屬材料的方法。18器件在中紅外、遠紅外或者太赫茲波長范圍內(nèi)工作均可以建立不同的光柵周期。結(jié)果與討論石墨烯中等離激元波。單層石墨烯的電子性質(zhì)已經(jīng)深入研究3，近期的理論分析4表明，高度約束等離子波所用的單層石墨烯傳播。這些波是由于電子或空穴沿波傳播方向的周期性運動。在中紅外波長，當石墨烯被適當摻雜從帶間躍遷和聲子誘導的散射光的損失可以被抑制。在此條件下，德魯?shù)履Ｐ瓦m用，而分散的關(guān)系的等離子波為橫向磁（TM）以連續(xù)的單層石墨烯模式是約4（參見材料和方法）。其中β（ω）是在平面內(nèi)波矢量在石墨烯中，?是約化普朗克常數(shù)，ε0是真空介電常數(shù)，εr1和εr2為上面和石墨烯膜下方的材料的介電常數(shù)，τ是

7、載流子的弛豫時間，和Ef=?Vf(πn)12是費米能級，其中，n是載流子密度和Vf≈106m/s是在石墨烯的費米速度的絕對值。載體弛豫時間τ決定了石墨烯載流子遷移μ為τ=μEf/eVf2。單層石墨烯層被建模為具有金屬樣響應于平面電場和電介質(zhì)狀響應于表面法線電場（見材料和方法）二維電子氣。電漿色散在石墨烯屬性是從其他類型的二維電子氣體3的不同，由于石墨烯中的電子無質(zhì)量。如圖1：中紅外電漿波在μ=萬厘米/（V3秒