基于嵌入式手性超材料的圆偏振光探测器

论文摘要

圆偏振光由于其能提高光纤和自由空间通信的安全性而被广泛地应用于磁记录、量子计算和自旋光通信等领域中。圆偏振光的电场矢量沿螺旋轨迹运动,根据螺旋方向可分为左旋和右旋圆偏振光。传统的圆偏振光探测器使用多个光学元件来区分圆偏振光的螺旋方向,很难实现探测器的超小型化和集成化。针对这一现状,本文设计了一种基于手性超材料的嵌入式圆偏振光探测器,所做的工作主要有:设计了一种用于圆偏振光探测的硅基嵌入式纳米光电极。通过分析纳米电极中热电子激发与高速收集的机理,给出了光电极的物理模型。从器件物理角度阐述了热电子从激发到收集的三个步骤,并给出了不同嵌入深度下的内量子效率数值分析图。在波长1550 nm处,完全嵌入光电极的内量子效率是不嵌入光电极内量子效率的6倍。结合手性结构与嵌入式结构的优势,设计了一种基于嵌入式手性超材料的圆偏振光探测器。通过对该器件的光吸收、圆二色性以及光响应差异的数值分析进一步优化了圆偏振光探测器结构。该器件通过手性电极结构对入射圆偏振光进行差异性吸收,利用嵌入式电极结构对热电子进行超快收集,获得了较好的光电性能。仿真结果表明,在波长为1550 nm时,器件获得超过75%的圆二色性和21 mA W-1的光响应差异。该器件以硅为基底,易于集成,并具有较大的光电响应率和圆二色性,在超快光通信领域有较大的应用潜力。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 肖旺

导师: 彭伟

关键词: 手性,手性超材料,等离激元,圆偏振光,光探测器

来源: 湖南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 湖南大学

分类号: TN15;O436.3

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.001854

总页数: 67

文件大小: 5534K

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