摘要
周期性微结构具有独特的光学特性，介质微结构构成的光子晶体具有光子带隙，将入射电磁波进行周期性调制出现能带结构，调控光子传播，金属-介质-金属构成的等离子体结构可以激发等离激元模式，形成局域高强度的电场。周期性微结构在传感、辐射调制、光电探测、高分辨率成像、电磁波吸收体等方面具有重要应用前景。本论文提出将有源材料引入周期性微纳结构中，调控微纳结构的空间介电常数，从而调控微结构的共振响应。将石墨烯引入光子晶体结构中，增强单层石墨烯的光吸收，并用于折射率传感。将二氧化钒(VO2)相变材料引入等离体子结构，在可见-近红外波段调控吸收峰。将支持介电常数近零(ENZ)模式的掺杂半导体引入超材料结构，实现宽带吸收，并用栅极电压调控吸收强度，应用于热辐射器件。 研究用临界耦合方式增强单层石墨烯的光吸收强度，将单层石墨烯放置在金属等离子体结构的顶部，并通过外加电场或掺杂的方式改变石墨烯的费米能级来调控单层石墨烯的共振频率，实现吸收峰的调节；研究二氧化钛(TiO2)圆柱阵列构成的光子晶体结构置于单层石墨烯顶部，并由氧化铝(Al2O3)层分隔石墨烯和金属铝衬底，并提供弱法布里-珀罗(FP)共振，优化Al2O3厚度，将TiO2光子晶体内的导模共振与FP共振产生强耦合，提高单层石墨烯的光吸收强度，并研究了石墨烯的传感特性；研究硅(Si)结构的光子晶体增强单层二硫化钼(MoS2)的光吸收。 研究二氧化钒(VO2)相变材料用于调控等离体子结构的共振响应，设计两种等离子体结构：铝纳米圆孔阵列和铝圆柱阵列结构。在近红外波段实现宽带吸收，并通过相变改变空间介电常数实现吸收峰调节。分析了不同吸收峰处的电场分布；数值模拟分析不同结构参数对微结构吸收性能的影响；分析测试等离子体结构对偏振角度和入射角度的光谱响应。 研究用氧化铟锡(ITO)材料所激发出的ENZ模式在超材料结构中实现宽带吸收，通过栅极电压改变ITO内的载流子浓度来改变介电常数，实现吸收强度的调节。分析了ENZ模式下的电场分布；数值分析了不同结构参数对超材料结构吸收特性的影响；分析测试不同偏振角度和入射角度下的吸收光谱；设计用ITO薄膜用于热辐射调控器件，研究不同温度下的辐射能谱；分析模拟不同结构参数下的吸收光谱；分析测试TE和TM两种偏振模式下，热辐射器件在1300K温度下，不同入射角度下的热辐射谱线。
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