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基于导模共振效应提高石墨烯表面等离子体的局域特性

李志全 张明 彭涛 岳中 顾而丹 李文超

基于导模共振效应提高石墨烯表面等离子体的局域特性

李志全, 张明, 彭涛, 岳中, 顾而丹, 李文超
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  • 本文构建了一种包含石墨烯和亚波长光栅的复合结构, 借助衍射光栅的导模共振效应, 在石墨烯表面激发高局域性表面等离子体激元, 研究了石墨烯与光栅结构对表面等离子体激元局域特性的影响规律, 并借助基于有限元法的COMSOL软件, 分析了缓冲层厚度、光栅周期、载流子迁移率和费米能级对石墨烯的表面电场、品质因子Q和有效模式面积Seff的影响. 结果表明, 石墨烯表面等离子体激元的局域性在特定的参数点获得显著提高: 当 = 0.7 m2/(Vs)时, 品质因子达到最大值Qmax = 1793; 当p = 235 nm或EF = 0.72 eV时, 表面电场达到了入射光的3000倍以上. 强烈的局域性导致强烈 的光-物质相互作用, 因而本文提出的复合结构可实现高灵敏度传感器和高效率的非线性光学设备, 极大地扩展了石墨烯在纳米光学领域中的应用.
      通信作者: 李志全, lzq54@ysu.edu.cn
    • 基金项目: 河北省百人计划(批准号:4570018)和河北省自然科学基金(批准号:F2014501150)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-10
  • 修回日期:  2016-03-03
  • 刊出日期:  2016-05-05

基于导模共振效应提高石墨烯表面等离子体的局域特性

  • 1. 燕山大学电气工程学院, 秦皇岛 066004;
  • 2. 东北大学秦皇岛分校控制工程学院, 秦皇岛 066004
  • 通信作者: 李志全, lzq54@ysu.edu.cn
    基金项目: 

    河北省百人计划(批准号:4570018)和河北省自然科学基金(批准号:F2014501150)资助的课题.

摘要: 本文构建了一种包含石墨烯和亚波长光栅的复合结构, 借助衍射光栅的导模共振效应, 在石墨烯表面激发高局域性表面等离子体激元, 研究了石墨烯与光栅结构对表面等离子体激元局域特性的影响规律, 并借助基于有限元法的COMSOL软件, 分析了缓冲层厚度、光栅周期、载流子迁移率和费米能级对石墨烯的表面电场、品质因子Q和有效模式面积Seff的影响. 结果表明, 石墨烯表面等离子体激元的局域性在特定的参数点获得显著提高: 当 = 0.7 m2/(Vs)时, 品质因子达到最大值Qmax = 1793; 当p = 235 nm或EF = 0.72 eV时, 表面电场达到了入射光的3000倍以上. 强烈的局域性导致强烈 的光-物质相互作用, 因而本文提出的复合结构可实现高灵敏度传感器和高效率的非线性光学设备, 极大地扩展了石墨烯在纳米光学领域中的应用.

English Abstract

参考文献 (31)

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