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含石墨烯临界耦合谐振器的吸收特性研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O157.5[理学—数学;理学—基础数学]
  • 作者机构:[1]安徽大学电子信息工程学院智能计算与信号处理重点实验室,合肥230039, [2]合肥师范学院电子信息工程学院,合肥230061
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61101064,51277001);高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20123401110009);教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-12-0596)资助的课题
中文摘要:

临界耦合谐振器是一种薄膜结构,可以吸收几乎所有的入射电磁波而不产生散射.为了有效的实现和控制临界耦合现象,本文提出了在临界耦合结构中加入了基于石墨烯的多层薄膜结构来代替原来的吸收薄膜层.计算表明临界耦合现象出现在近红外波段,且可以通过调节石墨烯的费米能级来获得不同的临界耦合频率;另外改变多层薄膜结构中介质的厚度、石墨烯的层数,实现了临界耦合现象的可调谐性,同时对于弛豫时间和入射角度对吸收效率的影响也做了相应讨论.本文理论结果为基于石墨烯的临界耦合器件和光探测器件的设计提供了理论依据.

英文摘要:

A critically coupled resonator(CCR) is a thin-film structure that can absorb nearly all of the incident electromagnetic radiation,leading to null scattering.In order to effectively achieve and control the critical coupling(CC) phenomena,we replace the polymer absorbing layer by a graphene-based multi-film structure.FDFD(finite difference frequency domain)method is used to solve the Maxwell equation,and the graphene’s surface conductivity is calculated by using the Kubo formula.Our results demonstrate that the CC phenomenon is realized at the near-infrared frequency and the frequency of absorption peak can be engineered by the Fermi energy of the graphene sheets.With increasing Fermi energy the absorption peak moves to the longer wavelength side.The effective permittivity of a multi-film structure has a strong dependence on the thickness of the dielectric and the layer number of the grapheme sheets in the multi-film structure.It is found that the central frequency of the absorption peak shifts towards longer wavelength side with increasing layer number of the graphene sheets M and the thickness of dielectric d1.Moreover,we also demonstrate that the absorption efficiency is affected by the electron-phonon relaxation time and the incident angle.It is clear that the central frequency of the absorption peak has a slight shift and the absorption is changed with the relaxing time and incident angle.The results offer the theoretical basis to the design of graphene-based critical coupling devices and optical detectors.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876