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利用窄刻槽金属光栅实现石墨烯双通道吸收增强

高健 桑田 李俊浪 王啦

利用窄刻槽金属光栅实现石墨烯双通道吸收增强

高健, 桑田, 李俊浪, 王啦
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  • 构建基底/窄刻槽金属光栅/覆盖层/石墨烯结构,利用金属光栅激发的表面等离子体激元共振和窄光栅刻槽支持的法布里-珀罗共振,在可见光波段实现单层石墨烯的双通道吸收增强,并结合简化模型估算出双吸收通道所在位置.在波长462和768 nm处,石墨烯的光吸收效率分别为35.6%和40.1%,相比石墨烯本征光吸收率的增强均超过15.5倍.进一步研究发现由于短波处吸收增强源于金属光栅的表面等离子体激元共振,其吸收特性受覆盖层厚度、刻槽深度和宽度变化的影响较小;而由于长波处吸收增强源于窄刻槽中的法布里-珀罗共振,因此呈现出良好的角度不敏感吸收特性.
      通信作者: 桑田, sangt@jiangnan.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11811530052)、江苏省轻工光电工程技术研究中心(批准号:BM2014402)和江苏省研究生科研创新、实践创新计划(批准号:SJCX18_0634)资助的课题.
    [1]

    Bonaccorso F, Sun Z, Hasan T, Ferrari A C 2010 Nat. Photon. 4 611

    [2]

    Nair R R, Blake P, Grigorenko A N, Novoselov K S, Booth T J, Stauber T, Peres N M R, Geim A K 2008 Science 320 1308

    [3]

    Pirruccio G, Martn M L, Lozano G, Gmez R J 2013 ACS Nano 7 4810

    [4]

    Lee S, Tran T Q, Kim M, Heo H, Heo J, Kim S 2015 Opt. Express 23 33350

    [5]

    Zheng G, Zhang H, Xu L, Liu Y 2016 Opt. Lett. 41 2274

    [6]

    Wang R, Sang T, Wang L, Gao J, Wang Y, Wang J 2018 Optik 157 651

    [7]

    Sang T, Wang R, Li J, Zhou J, Wang Y 2018 Opt. Commun. 413 255

    [8]

    Furchi M, Urich A, Pospischil A, Lilley G, Unterrainer K, Detz H, Klang P, Andrews A M, Schrenk W, Strasser G, Mueller T 2012 Nano Lett. 12 2773

    [9]

    Liang Z J, Liu H X, Niu Y X, Yin Y H 2016 Acta Phys. Sin. 65 138501 (in Chinese) [梁振江, 刘海霞, 牛燕雄, 尹贻恒 2016 物理学报 65 138501]

    [10]

    Lu H, Cumming B P, Gu M 2015 Opt. Lett. 40 3647

    [11]

    Song S, Chen Q, Jin L, Sun F 2013 Nanoscale 5 9615

    [12]

    Zhao B, Zhao J M, Zhang Z M 2014 Appl. Phys. Lett. 105 31905

    [13]

    Cai Y, Zhu J, Liu Q H 2015 Appl. Phys. Lett. 106 43105

    [14]

    Wang W, Klots A, Yang Y, Li W, Kravchenko I I, Briggs D P, Bolotin K I, Valentine J 2015 Appl. Phys. Lett. 106 181104

    [15]

    Zheng G, Zou X, Chen Y, Xu L, Liu Y 2017 Plasmonics 12 1177

    [16]

    Thareja V, Kang J H, Yuan H, Milaninia K M, Hwang H Y, Cui Y, Kik P G, Brongersma M L 2015 Nano Lett. 15 1570

    [17]

    Xia S X, Zhai X, Huang Y, Liu J Q, Wang L L, Wen S C 2017 Opt. Lett. 42 3052

    [18]

    Zhu B, Ren G, Zheng S, Lin Z, Jian S 2013 Opt. Commun. 308 204

    [19]

    Lu H, Gan X, Jia B, Mao D, Zhao J 2016 Opt. Lett. 41 4743

    [20]

    Hu J H, Huang Y Q, Duan X F, Wang Q, Zhang X, Wang J, Ren X M 2014 Appl. Phys. Lett. 105 221113

    [21]

    Liu J T, Liu N H, Li J, Li X J, Huang J H 2012 Appl. Phys. Lett. 101 52104

    [22]

    Ke S, Wang B, Huang H, Long H, Wang K, Lu P 2015 Opt. Express 23 8888

    [23]

    Guo C C, Zhu Z H, Yuan X D, Ye W M, Liu K, Zhang J F, Xu W, Qin S Q 2016 Adv. Opt. Mater. 4 1955

    [24]

    Su Z, Yin J, Zhao X 2015 Opt. Express 23 1679

    [25]

    Zhan T R, Zhao F Y, Hu X H, Liu X H, Zi J 2012 Phys. Rev. B 86 165416

    [26]

    Pu M, Chen P, Wang Y, Zhao Z, Wang C, Huang C, Hu C, Luo X 2013 Opt. Express 21 11618

    [27]

    Iorsh I V, Shadrivov I V, Belov P A, Kivshar Y S 2013 Phys. Rev. B 88 195422

    [28]

    Deng B, Guo Q, Li C, Wang H, Ling X, Farmer D B, Han S, Kong J, Xia F 2016 ACS Nano 10 11172

    [29]

    Wu P C, Papasimakis N, Tsai D P 2016 Phys. Rev. Appl. 6 44019

    [30]

    Liu B, Tang C, Chen J, Wang Q, Pei M, Tang H 2017 Opt. Express 25 12061

    [31]

    Hanson G W 2008 J. Appl. Phys. 103 64302

    [32]

    Wu J, Zhou C, Yu J, Cao H, Li S, Jia W 2014 IEEE Photon. Technol. Lett. 26 949

    [33]

    Wu Y K R, Hollowell A E, Zhang C, Guo L J 2013 Sci. Rep. 3 1194

    [34]

    Shao H, Wang J, Liu D, Hu Z D, Xia X, Sang T 2017 Plasmonics 12 361

    [35]

    Chu J K, Wang Q Y, Wang Z W, Wang L D 2015 Acta Phys. Sin. 64 164206 (in Chinese) [褚金奎, 王倩怡, 王志文, 王立鼎 2015 物理学报 64 164206]

    [36]

    Sang T, Wang Z, Wang L, Wu Y, Chen L 2006 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8 62

  • [1]

    Bonaccorso F, Sun Z, Hasan T, Ferrari A C 2010 Nat. Photon. 4 611

    [2]

    Nair R R, Blake P, Grigorenko A N, Novoselov K S, Booth T J, Stauber T, Peres N M R, Geim A K 2008 Science 320 1308

    [3]

    Pirruccio G, Martn M L, Lozano G, Gmez R J 2013 ACS Nano 7 4810

    [4]

    Lee S, Tran T Q, Kim M, Heo H, Heo J, Kim S 2015 Opt. Express 23 33350

    [5]

    Zheng G, Zhang H, Xu L, Liu Y 2016 Opt. Lett. 41 2274

    [6]

    Wang R, Sang T, Wang L, Gao J, Wang Y, Wang J 2018 Optik 157 651

    [7]

    Sang T, Wang R, Li J, Zhou J, Wang Y 2018 Opt. Commun. 413 255

    [8]

    Furchi M, Urich A, Pospischil A, Lilley G, Unterrainer K, Detz H, Klang P, Andrews A M, Schrenk W, Strasser G, Mueller T 2012 Nano Lett. 12 2773

    [9]

    Liang Z J, Liu H X, Niu Y X, Yin Y H 2016 Acta Phys. Sin. 65 138501 (in Chinese) [梁振江, 刘海霞, 牛燕雄, 尹贻恒 2016 物理学报 65 138501]

    [10]

    Lu H, Cumming B P, Gu M 2015 Opt. Lett. 40 3647

    [11]

    Song S, Chen Q, Jin L, Sun F 2013 Nanoscale 5 9615

    [12]

    Zhao B, Zhao J M, Zhang Z M 2014 Appl. Phys. Lett. 105 31905

    [13]

    Cai Y, Zhu J, Liu Q H 2015 Appl. Phys. Lett. 106 43105

    [14]

    Wang W, Klots A, Yang Y, Li W, Kravchenko I I, Briggs D P, Bolotin K I, Valentine J 2015 Appl. Phys. Lett. 106 181104

    [15]

    Zheng G, Zou X, Chen Y, Xu L, Liu Y 2017 Plasmonics 12 1177

    [16]

    Thareja V, Kang J H, Yuan H, Milaninia K M, Hwang H Y, Cui Y, Kik P G, Brongersma M L 2015 Nano Lett. 15 1570

    [17]

    Xia S X, Zhai X, Huang Y, Liu J Q, Wang L L, Wen S C 2017 Opt. Lett. 42 3052

    [18]

    Zhu B, Ren G, Zheng S, Lin Z, Jian S 2013 Opt. Commun. 308 204

    [19]

    Lu H, Gan X, Jia B, Mao D, Zhao J 2016 Opt. Lett. 41 4743

    [20]

    Hu J H, Huang Y Q, Duan X F, Wang Q, Zhang X, Wang J, Ren X M 2014 Appl. Phys. Lett. 105 221113

    [21]

    Liu J T, Liu N H, Li J, Li X J, Huang J H 2012 Appl. Phys. Lett. 101 52104

    [22]

    Ke S, Wang B, Huang H, Long H, Wang K, Lu P 2015 Opt. Express 23 8888

    [23]

    Guo C C, Zhu Z H, Yuan X D, Ye W M, Liu K, Zhang J F, Xu W, Qin S Q 2016 Adv. Opt. Mater. 4 1955

    [24]

    Su Z, Yin J, Zhao X 2015 Opt. Express 23 1679

    [25]

    Zhan T R, Zhao F Y, Hu X H, Liu X H, Zi J 2012 Phys. Rev. B 86 165416

    [26]

    Pu M, Chen P, Wang Y, Zhao Z, Wang C, Huang C, Hu C, Luo X 2013 Opt. Express 21 11618

    [27]

    Iorsh I V, Shadrivov I V, Belov P A, Kivshar Y S 2013 Phys. Rev. B 88 195422

    [28]

    Deng B, Guo Q, Li C, Wang H, Ling X, Farmer D B, Han S, Kong J, Xia F 2016 ACS Nano 10 11172

    [29]

    Wu P C, Papasimakis N, Tsai D P 2016 Phys. Rev. Appl. 6 44019

    [30]

    Liu B, Tang C, Chen J, Wang Q, Pei M, Tang H 2017 Opt. Express 25 12061

    [31]

    Hanson G W 2008 J. Appl. Phys. 103 64302

    [32]

    Wu J, Zhou C, Yu J, Cao H, Li S, Jia W 2014 IEEE Photon. Technol. Lett. 26 949

    [33]

    Wu Y K R, Hollowell A E, Zhang C, Guo L J 2013 Sci. Rep. 3 1194

    [34]

    Shao H, Wang J, Liu D, Hu Z D, Xia X, Sang T 2017 Plasmonics 12 361

    [35]

    Chu J K, Wang Q Y, Wang Z W, Wang L D 2015 Acta Phys. Sin. 64 164206 (in Chinese) [褚金奎, 王倩怡, 王志文, 王立鼎 2015 物理学报 64 164206]

    [36]

    Sang T, Wang Z, Wang L, Wu Y, Chen L 2006 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8 62

  • [1] 江孝伟, 武华, 袁寿财. 基于金属光栅实现石墨烯三通道光吸收增强. 物理学报, 2019, 68(13): 138101. doi: 10.7498/aps.68.20182173
    [2] 陈凡, 郝军, 李红根, 曹庄琪. 基于古斯-汉欣位移的双通道窄带滤波器. 物理学报, 2011, 60(7): 074223. doi: 10.7498/aps.60.074223
    [3] 于海玲, 朱嘉琦, 曹文鑫, 韩杰才. 金属催化制备石墨烯的研究进展. 物理学报, 2013, 62(2): 028201. doi: 10.7498/aps.62.028201
    [4] 陈浩, 张晓霞, 王鸿, 姬月华. 基于磁激元效应的石墨烯-金属纳米结构近红外吸收研究. 物理学报, 2018, 67(11): 118101. doi: 10.7498/aps.67.20180196
    [5] 蒲晓庆, 吴静, 郭强, 蔡建臻. 石墨烯与金属的欧姆接触理论研究. 物理学报, 2018, 67(21): 217301. doi: 10.7498/aps.67.20181479
    [6] 李峰, 肖传云, 阚二军, 陆瑞锋, 邓开明. 钯和铂金属在石墨烯表面不同生长机理第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(17): 176802. doi: 10.7498/aps.63.176802
    [7] 陈彩云, 刘进行, 张小敏, 李金龙, 任玲玲, 董国材. 扫描电子显微镜法测定金属衬底上石墨烯薄膜的覆盖度. 物理学报, 2018, 67(7): 076802. doi: 10.7498/aps.67.20172654
    [8] 郭辉, 路红亮, 黄立, 王雪艳, 林晓, 王业亮, 杜世萱, 高鸿钧. 金属衬底上高质量大面积石墨烯的插层及其机制. 物理学报, 2017, 66(21): 216803. doi: 10.7498/aps.66.216803
    [9] 谈春雷, 易永祥, 汪国平. 一维金属光栅的透射光学特性. 物理学报, 2002, 51(5): 1063-1067. doi: 10.7498/aps.51.1063
    [10] 刘明礼, 刘仁杰, 邓晓斌, 王亚伟, 雷海娜. 横电波激励下亚波长一维金属光栅的异常透射性. 物理学报, 2010, 59(6): 4030-4035. doi: 10.7498/aps.59.4030
    [11] 刘明礼, 刘仁杰, 田相龙, 王亚伟, 雷海娜. Fabry-Perot腔谐振对横电波激励下亚波长一维金属光栅的异常透射性的作用. 物理学报, 2011, 60(2): 024217. doi: 10.7498/aps.60.024217
    [12] 张国平, 邹 明, 刘敏敏. 二元矩形金属光栅衍射增强电磁理论. 物理学报, 2006, 55(9): 4608-4612. doi: 10.7498/aps.55.4608
    [13] 卢晓波, 张广宇. 石墨烯莫尔超晶格. 物理学报, 2015, 64(7): 077305. doi: 10.7498/aps.64.077305
    [14] 沈云, 于国萍, 傅继武. 一维反激光器完美相干吸收理论分析. 物理学报, 2012, 61(16): 164204. doi: 10.7498/aps.61.164204
    [15] 秦志辉. 类石墨烯锗烯研究进展. 物理学报, 2017, 66(21): 216802. doi: 10.7498/aps.66.216802
    [16] 谢凌云, 肖文波, 黄国庆, 胡爱荣, 刘江涛. 光子晶体增强石墨烯THz吸收. 物理学报, 2014, 63(5): 057803. doi: 10.7498/aps.63.057803
    [17] 叶振强, 曹炳阳, 过增元. 石墨烯的声子热学性质研究. 物理学报, 2014, 63(15): 154704. doi: 10.7498/aps.63.154704
    [18] 金芹, 董海明, 韩奎, 王雪峰. 石墨烯超快动态光学性质. 物理学报, 2015, 64(23): 237801. doi: 10.7498/aps.64.237801
    [19] 卢琪, 吕宏鸣, 伍晓明, 吴华强, 钱鹤. 石墨烯射频器件研究进展. 物理学报, 2017, 66(21): 218502. doi: 10.7498/aps.66.218502
    [20] 张晓波, 青芳竹, 李雪松. 化学气相沉积石墨烯薄膜的洁净转移. 物理学报, 2019, 68(9): 096801. doi: 10.7498/aps.68.20190279
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-28
  • 修回日期:  2018-05-28
  • 刊出日期:  2018-09-20

利用窄刻槽金属光栅实现石墨烯双通道吸收增强

  • 1. 江南大学理学院光电信息科学与工程系, 无锡 214122;
  • 2. 江南大学, 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 无锡 214122
  • 通信作者: 桑田, sangt@jiangnan.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11811530052)、江苏省轻工光电工程技术研究中心(批准号:BM2014402)和江苏省研究生科研创新、实践创新计划(批准号:SJCX18_0634)资助的课题.

摘要: 构建基底/窄刻槽金属光栅/覆盖层/石墨烯结构,利用金属光栅激发的表面等离子体激元共振和窄光栅刻槽支持的法布里-珀罗共振,在可见光波段实现单层石墨烯的双通道吸收增强,并结合简化模型估算出双吸收通道所在位置.在波长462和768 nm处,石墨烯的光吸收效率分别为35.6%和40.1%,相比石墨烯本征光吸收率的增强均超过15.5倍.进一步研究发现由于短波处吸收增强源于金属光栅的表面等离子体激元共振,其吸收特性受覆盖层厚度、刻槽深度和宽度变化的影响较小;而由于长波处吸收增强源于窄刻槽中的法布里-珀罗共振,因此呈现出良好的角度不敏感吸收特性.

English Abstract

参考文献 (36)

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