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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

基于临界耦合效应，设计一种全吸收石墨烯谐振器。让其可以吸收几乎所有的入射电磁波而不产生散射。在可见近红外波段实现和控制耦合现象的目的。石墨烯是由碳原子紧密堆积而成的二维晶体。石墨烯在光波段和近红外波段都有着较好的吸收特性，是光学探测器和光电器件很好的基础元件，具有一定的理论和应用价值。

国内外研究现状

2004年英国manchester大学的geim研究小组^[1]，在实验室成功地从石墨中分离出了石墨烯，说明了石墨烯可以单独存在，因“在二维石墨烯材料的开创性实验”获得2010年诺贝尔物理学奖，从此便掀起了石墨烯研究和应用的全球性热潮。

1. 1.石墨烯的制备

目前关于石墨烯的制备方法，总的来说分为两种，物理方法和化学方法。物理方法是以石墨或膨胀石墨为原材料，通过用微机械剥离法、液相直接剥离法或气相直接剥离法，获得单层或多层石墨烯，此法操作相对简单且原料易得，合成的石墨烯纯度高、缺陷相对较少，但产率低、费时，不适合大规模生产。目前实验室主要用化学方法来制备石墨烯，此法最初以苯环或者其它芳香体系为核，经过多步偶联反应将苯环或大芳香环上6个取代，如此循环往复，使得芳香体系变大，从而得到一定尺寸平面结构的石墨烯，这就是化学合成法。2006年stankovich等首次用氧化-还原法恢复单层石墨的有序结构，后来此法被人们不断改进，成为合成石墨烯及其材料的最有潜力和发展前景的方法。此外，用晶体外延生长或化学气相沉积的方法也可大规模地制备高纯度的石墨烯^[1,2]。

2.2.石墨烯吸附材料的应用

2. 研究的基本内容

本文利用严格耦合波分析（RCWA）方法研究了石墨烯的单层薄膜结构对临界耦合器的影响，并且通过调节结构的几何参数调节吸收峰的位置。接着研究了石墨烯层数、石墨烯弛豫时间、多层薄膜结构中介质厚度、入射角度对吸收峰的影响，实现了吸收峰的可调谐。研究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。具体研究内容如下：

1.从电磁场和电磁波理论出发，求解Maxwell方程，研究临界耦合现象，并解释其在单层非掺杂石墨烯电磁波全吸收过程中的作用；

2.设计一种基于三棱镜-波导复合结构的石墨烯全吸收装置；

3.数值验证单层石墨烯谐振吸收器的光学响应。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：（1）首先查阅相关文献，搜集有效信息并进行整理；（2）进一步加强对Rsoft软件的熟练操作以及拟合功能的学习；（3）根据不同条件参数下软件运行的结果进行相应的分析和讨论，查阅相关资料并和老师进行讨论，进一步改进和完善论文。进度安排：2017年1月-2017年3月 搜集各种参考资料并整理，完成任务书和开题报告，并进行修改、提交。2017年3月下旬-4月上旬 整理前阶段的准备材料开始毕业论文和外文翻译。2017年4月上旬-4月下旬 开始毕业论文的撰写，进行数值计算，并完成初稿交给老师。2017年4月下旬-5月上旬 对初稿中存在的问题以及老师提出的意见进行修改，完成最终定稿。2017年5月中下旬 完成毕业论文的撰写，准备答辩。

预期效果：设计一种全吸收石墨烯谐振器，让其可以吸收几乎所有的入射电磁波而不产生散射，在可见近红外波段实现和控制耦合现象。基于石墨烯的单层薄膜结构实现近红外频段的临界耦合，并且讨论如何调节临界耦合谐振器的临界耦合频率。为了有效控制谐振峰的位置和大小，进一步讨论石墨烯层数、多层薄膜结构中介质厚度、弛豫时间以及入射角度的影响。研究结果将为近红外波段的光通信和光电子器件的应用提供理论依据。

4. 参考文献

[1]袁小亚.无机材料学报，2011,26（6）：561~570.

[2]胡耀娟，金娟，张卉，等.物理化学学报，2010,26（8）：2073~2086.

[3]杨胜韬，赵连勤.西南民族大学学报自然科学版，2014,40（2）：203~218.

[4]孙赛，庄小东，汪露馨，等.上海：华东理工大学化学与分子工程学院，2016.