可調(diào)諧混合模式波導(dǎo)模擬研究.pdf

1、太赫茲(terahertz，THz)波在電磁波譜中處于微波和紅外輻射之間，位于電子學(xué)到光子學(xué)過(guò)渡的區(qū)域，在基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用中都具有廣闊的應(yīng)用前景，如在成像、短程無(wú)線通信和生物樣品探測(cè)等方面。設(shè)計(jì)新型的可調(diào)諧波導(dǎo)器件對(duì)于THz技術(shù)的發(fā)展是非常重要的。作為一種典型的表面等離子激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，混合模式波導(dǎo)(dielectric loaded surface plasmons，DLSPs)，即將一薄層介質(zhì)層集成在襯底上，具有彎曲損耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

2、和限制作用強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。另外，石墨烯具有遷移率高、可調(diào)諧性能好和良好的模式限制作用，可以作為可調(diào)諧波導(dǎo)器件設(shè)計(jì)的良好的平臺(tái)。
　　本研究采用有限元法模擬研究了混合模式波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸特性，主要結(jié)果如下：⑴采用半導(dǎo)體 InSb作為襯底，通過(guò)溫控方法改變襯底的載流子濃度，研究了THz波段DLSPs波導(dǎo)的可調(diào)諧性質(zhì)，結(jié)果表明溫度在300 K到600 K范圍內(nèi)改變時(shí)，傳播長(zhǎng)度的調(diào)制深度可以達(dá)到80％以上。⑵通過(guò)在介質(zhì)層和金屬襯底之間引入多層的g

3、raphene-Al2O3結(jié)構(gòu)單元，在近紅外波段研究了DLSPs波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧特性，并考慮了石墨烯的Fermi能級(jí)，單元結(jié)構(gòu)的周期數(shù)和工作頻率等因素的影響。結(jié)果表明Fermi能級(jí)在0.1eV到0.45eV范圍內(nèi)改變時(shí)傳播長(zhǎng)度的調(diào)制深度可以達(dá)到約70%。⑶以石墨烯作為有源區(qū)，模擬研究了THz波段DLSPs波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧性能。在THz波段由于光子能量較低，帶內(nèi)躍遷起重要作用。結(jié)果表明隨著頻率增大，傳播模的有效折射系數(shù)和傳播長(zhǎng)度增大。當(dāng)有