【摘 要】
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表面等离激元（Surface Plasmons,SPs）是由于入射光子和金属表面的自由电子相互作用所形成的一种电磁振荡。其不仅仅能够实现局域场的增强,还可以突破光的衍射极限。最重要的是,在纳米尺度下,可以利用等离激元实现对光的控制。但是,传统的基于金属的表面等离激元存在一些弊端,例如无法实现动态可调和具有较高的欧姆损耗等,严重限制了其在集成光子学领域的发展,由于石墨烯优异的光学性质,以及费米能级的
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表面等离激元（Surface Plasmons,SPs）是由于入射光子和金属表面的自由电子相互作用所形成的一种电磁振荡。其不仅仅能够实现局域场的增强,还可以突破光的衍射极限。最重要的是,在纳米尺度下,可以利用等离激元实现对光的控制。但是,传统的基于金属的表面等离激元存在一些弊端,例如无法实现动态可调和具有较高的欧姆损耗等,严重限制了其在集成光子学领域的发展,由于石墨烯优异的光学性质,以及费米能级的动态可调和超强的电磁场局域,使基于石墨烯的表面等离激元成为了近年来的热点方向。本论文中,我的主要研究工作是利用表面等离激元的原理和性质设计含有石墨烯层的吸收器,并且实现了对特定波长的完美吸收,最后我们利用有限元法进行了数值仿真和理论分析,主要的研究工作可以分为以下几个部分:第一章:简要介绍了表面等离激元的基本原理和相关性质,最后分析了石墨烯等离激元的研究现状。第二章:主要介绍石墨烯的相关理论,然后基于上述理论引出了石墨烯随机相位近似模型,最后介绍了本文用到的数值计算方法。第三章:设计一个含有单层石墨烯结构的吸收器。仿真结果表明:该吸收器分别在32.6μ和79.0μ的波长处具有两个近乎完美的共振峰,然后通过对共振波长处的电场分布得出吸收峰产生的物理机制,并且通过控制变量研究了吸收器的几何参数、石墨烯的费米能级、弛豫时间、以不同入射角入射的TE和TM偏振光对共振吸收峰的影响。第四章:基于上一章设计的吸收器不能实现对两个共振吸收峰的单独调节,在接下来的研究中,为了能实现共振吸收峰的独立可调,我们设计并仿真了含有双层石墨烯的结构。仿真结果表明:该吸收器分别在8.8μ、12.8μ、18.6μ的波长处具有三个近乎完美的共振吸收峰。并且还可以实现三个共振吸收峰的独立动态可调,并且通过控制变量研究了吸收器的几何参数、双层石墨烯的费米能级、以不同入射角入射的TE和TM偏振光对共振吸收峰的影响。
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