摘要
表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是金属和介质交界面上的自由电荷集体振荡形成的一种电磁波，具有局域电场增强和突破衍射极限的特点。根据传播特性的不同，SPP分为在金属和介质交界面上传输的传输型表面等离激元(Propagative Surface Plasmon，PSP)和局域在金属纳米颗粒附近的非传输型的局域表面等离激元(Localized Surface Plasmon，LSP)。传统的SPPs存在于可见光频段，太赫兹表面等离激元(THz SPPs)是通过亚波长周期性金属结构在太赫兹频段模拟的具有与可见光SPPs类似的局域电场增强和突破衍射极限特点的电磁波，在6G通信、超分辨率成像等领域具有广泛的应用前景。 作为无源器件，通常，THz SPPs在设计后便具有固定的光学特性，如果想改变其光学特性就需要重新设计器件结构，这限制了THz SPPs的应用。如果将THz SPPs结构与动态激励相结合，其固定的光学特性就可以被动态调控，从而实现更广泛的应用。本文引入石墨烯作为动态激励源与THz SPPs结构相结合，通过外加电压改变石墨烯的电导率，从而实现对THz SPPs光学特性的动态调控。主要研究内容如下: 1、提出使用离子液体聚苯乙烯磺酸钠（styrenesulfonic acid sodium salt，PSSNa）作为顶栅介质层实现对CVD石墨烯的高电流开关比调控。PSSNa是一种太赫兹透明的离子液体。离子液体PSSNa作为栅介质层辅助构成电双层电容器结构来动态调控石墨烯的电导率，在0.5V的外加电压下可以实现9以上的电流开关比。 2、提出了一种新型动态金属-石墨烯混合THz SPPs传输线，通过用石墨烯凹槽代替金属线上的金属凹槽，实现了对传输型THz SPPs的幅度、截止频率的动态调控，并首次在实验中观察到可调的SPP相位。理论上，THz SPPs的色散特性由周期性凹槽的尺寸和周期所决定。通过外加电压改变石墨烯的电导率可以改变凹槽的有效槽深，从而动态改变THz SPPs的截止频率并引起慢波相位调制，同时有效槽深的增加也使石墨烯对电场的吸收增加，引起可调幅度。 3、提出石墨烯对太赫兹S型金属栅超材料的双各向异性调控。有源结构由周期性的S型金属栅超材料和L型石墨烯组成，其中L型石墨烯图案关于横电(Transverse electric，TE)入射波对称，而关于横磁(Transverse magnetic，TM)入射波不对称。TE入射波在混合超材料中激发SPPs偶模共振，而TM入射波激发SPPs奇模共振，它们对石墨烯电学特性的变化表现出不对称的响应。随着石墨烯电导率的增加，偶模共振大幅增强，而奇模共振被轻微抑制，从而引起双各向异性调制。
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