石墨烯光学性质及其应用研究进展-物理学进展.PDF
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第 卷 第 期 物 理 学 进 展
年 月
石石石墨墨墨烯烯烯光光光学学学性性性质质质及及及其其其应应应用用用研研研究究究进进进展展展
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姜小强,刘智波 ,田建国
南开大学泰达应用物理研究院弱光光子学重点实验室,天津
摘摘摘要要要 石墨烯因其优异的光学和电学性能,及其与硅基半导体工艺的兼容性,而备受学术界和工
业界的广泛关注。作为一种独特的二维原子晶体材料,石墨烯有着优异的机械性能、超高的热导
率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱及极强的非线性光学特性,使其在新型光学和光电器件
领域具有得天独厚的优势。一系列基于石墨烯的新型光电器件先后被研制出,已显示出优异的性
能和良好的应用前景。本文将介绍石墨烯光学性质、与光的相互作用以及提高方法,并给出其在
光子和光电子器件领域的应用,分析了这些器件所使用的结构及特点,重点阐述了在全内反射结
构下,石墨烯与光相互作用的增强及其偏振依赖性质,及其利用该偏振依赖性质在光学传感、光
存储等方面的应用,以及在细胞传感方面的重要发现。最后对石墨烯光学性质及其应用的现状进
行了总结和展望。
关关关键键键词词词 石墨烯;光电探测;全内反射结构;偏振吸收;光学传感
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目 录 致 谢
石墨烯能带结构 参考文献
石墨烯光学性质 1985 年英美科学家发现富勒烯 和 1991 年日本
石墨烯的线性光学性质 物理学家 Iijima 发现碳纳米管 ,加之英国曼彻斯特
石墨烯的非线性光学性质
大学科学家于 2004 年成功制备石墨烯 之后,金刚
石墨烯与光的相互作用 石(三维)、石墨(三维)、石墨烯(二维)、碳纳米
石墨烯光吸收 管(一维)和富勒烯(零维)组成了一个完整的碳材
光与石墨烯相互作用的增强方式 料“家族”。从理论上说,石墨烯是除金刚石外所有碳
金属石墨烯微结构
微腔石墨烯结构 晶体的基本结构单元,如果从石墨烯上“剪”出不同
波导石墨烯结构 形状的薄片,进一步就可以包覆成零维的富勒烯,卷
曲成一维的碳纳米管,堆叠成三维的石墨,如图1 所
石墨烯光子和光电子器件
透明电极触摸屏 示 。由于石墨烯优异的电学、热学、力学性能,近年
光伏器件 来各国科研人员对其
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