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《基于超材料實現(xiàn)等離激元誘導(dǎo)透明及其性能的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、學校代碼10459學號或申請?zhí)?01512131618密級碩士學位論文基于超材料實現(xiàn)等離激元誘導(dǎo)透明及其性能的研究作者姓名：田雨宸導(dǎo)師姓名：范春珍學科門類：工學專業(yè)名稱：光學工程培養(yǎng)院系：物理工程學院完成時間：2018年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityfortheDegreeofMasterRealizationofPlasmonInducedTransparencywithMetamaterialsanditsElectromagneticPropertiesByYuchenTian
2、Supervisor:AssociateProf.ChunzhenFanOpticalEngineeringSchoolofPhysicalScienceandEngineeringMay,2018摘要摘要超材料是一種新型的人工材料，通過對周期性結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計，使其獲得自然界常規(guī)材料所不具備的超常物理性質(zhì)。超材料的尺寸通常在微米或納米尺度，易于制備成集成器件。因此，超材料在電磁學、熱學、材料學以及能源應(yīng)用領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。表面等離激元指的是當電磁波入射到金屬表面時，其自由電子與入射電磁波耦合，產(chǎn)生周期性的集體振蕩。將超材料
3、與金屬材料的等離激元相結(jié)合可實現(xiàn)類似于電磁誘導(dǎo)透明的現(xiàn)象，即等離激元誘導(dǎo)透明。該設(shè)計可大大降低實驗所需的條件，并且可以靈活地操控EIT效應(yīng)，使得等離激元誘導(dǎo)透明成為近年來研究的熱點。本文基于COMSOLMultiphysics的計算方法理論設(shè)計和研究了兩種不同類型的超材料結(jié)構(gòu)實現(xiàn)等離激元誘導(dǎo)透明，分別為可見光波段金屬結(jié)構(gòu)的超材料透射器和太赫茲波段石墨烯超材料透射器，得到以下研究結(jié)果：1.基于三個相同金屬環(huán)結(jié)構(gòu)的超材料實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的等離激元誘導(dǎo)透明（PIT）現(xiàn)象，通過旋轉(zhuǎn)或者平移中間的圓環(huán)，可以調(diào)節(jié)PIT窗口的開和關(guān)，并且兩種調(diào)控方式
4、會產(chǎn)生不同的光譜效應(yīng)。平移中間圓環(huán)時，兩個透射波谷分別向高頻域和低頻域兩個方向移動，即透射峰的高度增加并且變寬；旋轉(zhuǎn)中間圓環(huán)時，透射峰的位置和寬度都保持固定，只有透射峰的高度增加。電偶極子和四偶級子共振模式之間的相消干涉揭示PIT效應(yīng)產(chǎn)生的原因，并用兩個耦合諧振器模型從理論上解釋了PIT效應(yīng)的耦合機制。該結(jié)構(gòu)在可見光波段的最大群折射率可以達到352，具有一個顯著的慢光效應(yīng)。通過改變圓環(huán)的主半徑和外半徑，可以調(diào)節(jié)透射峰的位置。2.基于自不對稱H型石墨烯的二維平面超材料，通過調(diào)控入射光電場的極化方向?qū)崿F(xiàn)可調(diào)節(jié)的等離激元誘導(dǎo)透明（PIT
5、）現(xiàn)象。在不改變?nèi)魏谓Y(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，只需改變極化角度即可實現(xiàn)從透射（PIT模式）到不透射（偶級子模式）的變化。利用磁偶極子感應(yīng)耦合和相位耦合揭示了PIT模式的起源。進一步改變石墨烯的費米能，透射峰的透射頻率與振幅均可得到有效的調(diào)節(jié)，最大調(diào)制深度可以達到60.7%?；谶@種結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳感器件，對基底折射率的靈敏度可以達到5619.56nm/RIU。關(guān)鍵詞：超材料；等離激元誘導(dǎo)透明；石墨烯；相消干涉；慢光效應(yīng)；光學濾波器1AbstractAbstractMetamaterialisanewtypeofartificialmateri
6、al.Throughthedesignofperiodicunitstructure,itcanobtaintheextraordinaryphysicalpropertiesthatarenotpossessedbytheconventionalmaterialsinnature.Andthesizeofmetamaterialsisusuallyatmicrometerornanometerscale,soitiseasytomakeintegrateddevices.Therefore,metamaterialshasawi
7、derangeofapplicationinfieldssuchaselectromagnetics,thermals,materialsscienceandenergy.Whenelectromagneticwavesareincidentonthemetalsurface,itsfreeelectronsarecoupledwiththeincidentelectromagneticwavestogenerateperiodiccollectiveoscillations,formingsurfaceplasmons.Comb
8、iningmetamaterialswithplasmonstoachieveaphenomenonsimilartoelectromagneticallyinducedtransparency,namelyplasmoninducedtransp
