石墨烯/反铁磁超材料的光学性质研究

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:stwl1976
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石墨烯(Gr)与传统金属(等离激元共振频率位于可见光频段)不同,其等离激元的共振频率从中红外到太赫兹(THz)连续可调。共振频率位于THz波段的反铁磁体材料,是THz技术领域内器件研发的重要工作介质。由于共振频率附近强的吸收以及强功率激光器的需求使很多光学线性及非线性效应很难被有效的利用。石墨烯表面等离激元(SSP)具有电磁场高度局域化的性能,为增强光学线性及非线性效应输出、提高THz探测与调制提供了可能的途径。因此本文主要针对石墨烯在THz频域内表面等离激元激发的光学性质对反铁磁材料线性及非线性光学效应增强的物理机制进行探索。从石墨烯/反铁磁超材料结构设计,光学线性及非线性效应增强输出等几个方面进行全面、深入的研究。本文理论研究了Faraday位型下,一维石墨烯/反铁磁超材料的透反射性质、Faraday增强效应以及二次谐波的生成。利用麦克斯韦方程和传输矩阵的方法,经过数值模拟分析了石墨烯对研究体系光学性质的影响。主要结论如下:  1.在Faraday位型下,设计了两种不同的一维石墨烯/FeF2超材料结构模型,并分别计算出了两种不同结构的透射率和吸收率。通过调节外场和石墨烯的参数,我们发现不同的位型结构,石墨烯也有着不同的作用效果。在第一种超材料结构中,反铁磁体系对共振吸收起着重要的作用,然而在第二种结构中石墨烯对吸收起着重要作用。这些有益的结果将可以扩展到THz设备的应用。  2.在Faraday位型下,设计了一种嵌入多个单原子石墨烯/反铁磁层作为缺陷层的一维石墨烯/MnF2超材料结构。深入的讨论了石墨烯对Faraday旋转角,透射和吸收的影响。数值模拟的结果显示,通过调整石墨烯的相关参数以及外场大小,使得Faraday旋转角至少提高了1个数量级,这有利于提高集成光学器件的性能。我们还发现Gr/MnF2周围的介电层也起着重要的作用。这些结果将会在THz领域使反铁磁材料的应用得到拓展。  3.在前面的理论基础上,进一步数值模拟分析了石墨烯/MnF2三明治结构的二次谐波生成。研究结果表明,在三明治结构中通过改变石墨烯在反铁磁薄膜表面的上下位置,加入石墨烯后的二次谐波输出功率比不加入石墨烯的三明治结构增强至少1个数量级。
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