【摘要】：超表面具可以實現對光的偏振、相位、振幅、強度的調控等等,因此具有廣泛的應用,例如:實現對于光的百分百吸收、調節散射光相位、偏振方向操控、光聚焦、全息成像等等。在表面增強紅外吸收領域,因為紅外吸收與電場的平方成正比,所以需要借助超表面實現較強的場增強。在折射率傳感器領域,需要設計出品質因子較高的傳感器,這需要吸收峰的半高寬是極小的,所以需要借助超表面來產生半高寬較小的利用等離激元的器件。以往的光柵往往是結構固定的,如需變更光的傳播方向,需要手動或旋轉光柵,但超表面與石墨烯相結合可以實現對于光的傳播方向的調節。所以在本文中,主要涉及了三個方面:(一)表面增強紅外吸收的發展受到了兩個方面的限制:一個是場增強因子,一個是金屬共振器的共振波長的帶寬較小。有鑒于此,提出了一種新月共振器與石墨烯相結合的結構來解決這兩個問題。新月共振器與開口環共振器結構類似,但是具有較高的場增強因子,第二章系統地研究了石墨烯對于新月共振器的場增強的影響,也研究了石墨烯對于新月共振器的共振波長的影響。并且,發現了新月共振器的等離激元與石墨烯的傳播的等離激元相互作用的現象。等離激元波的干涉,導致了新月的間隙的場增強因子更大,并且發現整個石墨烯表面存在場增強,這與以往的金屬等離激元的性質不一樣。(二)金屬-絕緣體-金屬(MIM)結構的等離激元間隙模式對于實現折射率傳感器是有前途的。這主要是因為其具有接近百分百的吸收。然而,間隙模式的傳感性能受限于其較寬的共振帶寬,較寬的共振帶寬對應的是較大的能量損耗。有鑒于此,提出一種基于MIM結構的方塊形陣列用于同時激發表面等離激元與瑞利反常模式。并且,證明了它們在傳感上的具有優異的性能。對于瑞利反常模式而言,其靈敏度達到了1470nm/RIU,其半高寬達到了0.23納米。其品質因子達到了6400(按照波長移動方式去計算)或58000(按照強度變化方式去計算)。這兩個伍德反常現象具有相反的角度依賴特性。這可以用表面波的相反的傳播方向來解釋。(三)在過去數十年,石墨烯等離激元由于其具有較低的能量損耗并且具有可調節的共振波長,受到了廣泛關注。然而,石墨烯與入射光的相互作用較弱,這是用于石墨烯的載流子密度較低且石墨烯的厚度較小。這嚴重地限制了石墨烯等離激元的實際應用。在紅外波長范圍內,石墨烯可以作為一種可調節的物質,用以調節金屬等離激元的共振波長與損耗。這已經成功地應用于調節光強度與調節光相位。有鑒于此,提出一種可調節光柵。此光柵是由若干相位比特組成的正方形光柵。每個相位比特包括了金屬環共振器與石墨烯與金屬反射層與電極。通過調節電壓,來改變反射光的相位,相位差為0或π,這個較大的相位調節的出現是因為石墨烯與金屬等離激元的相互作用,通過改變不同位置的相位比特的反射光的相位,來實現對于光的傳播方向的調節。這就是可調光柵的原理。
【圖文】：

圖 1.1 表面等離極化激元與局域表面等離激元共振的區別[46]。表面等離極化激元）的特點是金屬與入射光相互作用，電子并將這種震蕩模式傳播出去。傳播距離大概是數十微米左右。分構成，一部分是產生輻射的能量損耗，，另一部分是金屬吸收。電磁場在垂直方向上成指數衰減。金屬表面會有場增強，增十倍左右。其原理類似于將石頭投擲在湖中，水波向周圍擴散（局域表面等離激元共振）的特點是尺寸小的金屬結構被入射場會驅使價電子以同樣頻率震蕩。電子云會相對于原子核發生第二章到第四章的器件的尺寸通常小于波長或約等于波長。所P（表面等離極化激元），也有 LSPR（局域表面等離激元共振個章節內容安排
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH74;TP212

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本文編號：2610165