采用導(dǎo)模共振激發(fā)表面等離子體波的石墨烯

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1、南京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯學(xué)院地理與生物信息學(xué)院?！　I(yè)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)生姓名杜榮品班級(jí)學(xué)號(hào)B110903B11090315外文出處附件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文指導(dǎo)教師評價(jià)：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(zhǔn)確、流暢：√優(yōu)□良□中□差3．專業(yè)詞匯翻譯的準(zhǔn)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(dǎo)教師簽名：晏善成　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2015年　5月　15　日采用導(dǎo)模共振激發(fā)表面等離子體波的石墨烯WeiluGao,JieS

2、hu,CiyuanQiu,andQianfanXu美國，德克薩斯77005，休斯敦，萊斯大學(xué)，電氣和計(jì)算機(jī)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(dǎo)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(gè)高度可調(diào)光濾波器或?qū)拵д{(diào)制器，因?yàn)橹C振波長可以快速調(diào)諧在寬波長范圍內(nèi)通過在費(fèi)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(shí)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(jìn)行比較。石墨烯獨(dú)特的電子特性1-3使它建立一

3、個(gè)高度集成有源光子器件和系統(tǒng)從近紅外到太赫茲寬波長范圍內(nèi)的理想平臺(tái)4-9?；钴S的等離子體是一個(gè)新興的領(lǐng)域，允許光的外部控制和操作限制在一個(gè)有著深亞波長尺寸的結(jié)構(gòu)中。現(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(dǎo)體中自由載流子（電子或空穴）可以被調(diào)整到幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而導(dǎo)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(qiáng)大的控制。然而，在室溫和高載流子密度情況下，傳統(tǒng)半導(dǎo)體中載流子遷移速率太低無法支持等離子體波進(jìn)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

4、烯膜上傳播許多微米，這是石墨烯中等離子體波在中紅外頻率空間周期的100倍。4通過在場效應(yīng)管施加一個(gè)偏置電壓可以使石墨烯中載流子密度調(diào)整超過2個(gè)數(shù)量級(jí)大小，這可以實(shí)現(xiàn)調(diào)諧時(shí)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(gè)數(shù)量級(jí)的真空波長。4高度本地化的光場產(chǎn)生強(qiáng)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(xué)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(dāng)波慢慢的通過媒介傳播時(shí)使光與物資的相互作用進(jìn)一步增強(qiáng)。盡管理論上可以預(yù)測這些令

5、人印象深刻的能力，但是鑒于其波矢比自由空間電波大得多，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(yīng)，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(gè)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(gè)導(dǎo)波，這樣可以從正入射透射光譜直接觀察到共振。導(dǎo)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(qiáng)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(dāng)它可以與石墨烯的費(fèi)米能級(jí)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

6、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電路和金屬材料的方法。18器件在中紅外、遠(yuǎn)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(yùn)動(dòng)。在中紅外波長，當(dāng)石墨烯被適當(dāng)摻雜從帶間躍遷和聲子誘導(dǎo)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

7、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是載流子的弛豫時(shí)間，和Ef=?Vf(πn)12是費(fèi)米能級(jí)，其中，n是載流子密度和Vf≈106m/s是在石墨烯的費(fèi)米速度的絕對值。載體弛豫時(shí)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(yīng)于平面電場和電介質(zhì)狀響應(yīng)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