佛珠吊兰石墨烯光学性质及其应用研究进展-脉冲功率
石墨烯光学性质及其应用研究进展-脉冲功率
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军星网 ，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刘奕丹。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佛珠吊兰 ，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。Graphene has attracted much attention in the academic and industrial fields because of its compatibility with silicon based semiconductor technology. As a unique two-dimensional atomic crystalmaterial全安琪 , graphene has excellent mechanical properties, high thermal conductivity and carrier mobility箭定天下, ultra wideband response spectrum and strong nonlinear optical properties, which makes the graphene have advantage in the field of emerging optical and optoelectronic devices. A series of new optoelectronic devices based on graphene have been developed with excellent performance and application prospects. In this paper, we introduced optical properties of graphene, the interaction between graphene and light, and the application in photonic and optoelectronic devices in the field. We also analyzed the structure and characteristics of these new graphene-based devices. We put emphasis on the total internal reection structure李芮知 , which enhances the interaction between graphene and light. At the same time, we discussed the polarization dependent properties of graphene under the total internal reflection structure, and its application in optical sensing, optical storage and so on with the polarization dependent properties, as well as important discoveries in cell sensing aspects. Finally, the optical properties of graphene and its applications are summarized and prospected.
参考文献
34 1985 年英美科学家发现富勒烯[1] 和 1991 年日本 物理学家 Iijima 发现碳纳米管[2]蔡端宏，加之英国曼彻斯特 大学科学家于 2004 年成功制备石墨烯[3] 之后，金刚 石（三维）、石墨（三维）、石墨烯（二维）、碳纳米 管（一维）和富勒烯（零维）组成了一个完整的碳材 料“家族”。从理论上说，石墨烯是除金刚石外所有碳 晶体的基本结构单元，如果从石墨烯上“剪” 出不同 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 示[4]。由于石墨烯优异的电学、热学、力学性能，近年 来各国科研人员对其的研究日益增长，已经是材料科 学领域的研究热点之一。 2010 年诺贝尔物理学奖揭晓[5?6] 之后郭采洁菜花病 ，人们对石 墨烯的研究和关注越来越多，新的发现不断涌现米粒向前冲。在 不断深入研究石墨烯的制备方法和性质的过程中，其 应用领域也在不断扩大。由于石墨烯缺乏带隙以及在 室温下的超高电子迁移率、低于银铜的电阻率、高热 导率[7] 等，在光电晶体管、生化传感器、电池电极材 料和复合材料方面有着很高的应用价值；由于它很低 的电阻率和极大的载流子迁移率，人们很快发现了石 墨烯在光电探测领域的潜能张连志 ，并且认为将会是很具发 展前途的材料之一苏志变。
石墨烯光子和光电子器件
由于石墨烯独特的电子结构李圣根 ，其能带在 K 和 K′ 点附近为零带隙的狄拉克锥， 其中的电子表现为无质 量的狄拉克费米子曾小雨。而且石墨烯具有很好的可调控性 能， 其费米面可以通过各种方式进行调节，比如：门 电压、化学掺杂等，因此石墨烯这种优越的可调控性 使其能够广泛应用于很宽的光谱范围（从 THz 到可见 光及紫外），另一个明显的优势在于石墨烯中超快的载 流子迁移率，因此石墨烯在需要快宽带和快速响应的 光学器件中具有广阔的应用前景。
由于石墨烯的超薄特性 (原子层量级厚度)，因此 石墨烯具有很高的透光性，罗惠美 同时石墨烯也是良好的导 电材料，具有很快的载流子迁移速率，而且石墨烯也 是目前发现的位移能够拉伸 20% 的材料江湖美男谱 。以上几个特 征表明石墨烯是制作透明电极、触摸屏、柔性显示器 的绝佳材料弃妃魅天下。
B. 光伏器件
石墨烯在光伏器件上的应用具有多功能的特点： 可以作为透明电极、电荷传输通道和催化剂都市小钢炮 。石墨烯 透明导电薄膜可以作为窗口电极应用在有机、无机和 染料敏化太阳能电池器件上（如图 10）。目前利用化学 合成的石墨烯做透明导电薄膜获得了 η ≈ 0.3% 的转换 效率[21]，氧化还原的石墨烯则得到了 η ≈ 0.4% 的转
C. 基于硅波导的光电器器件
石墨烯由于其独特的二维结构与柔性，可以很方 便的与硅波导相结合，其良好的载流子输运特性与可 调控的光学性质更是为基于硅波导的光电器件带来了 独特的优势。石墨烯独特的宽带光学响应和动态光电 导可调控的优势，石墨烯与硅波导相结合可以实现集 成光路，而石墨烯在此担当多种角色，在光的产生、传 输、调控、计算和探测上均可发挥重要作用，随着在 硅上直接沉积石墨烯技术的突破帝王蛇蜥，石墨烯和硅集成光 路（如图 11 所示）的实现就会到来。
D. 石墨烯非线性光学器件
石墨烯还有一种重要的光学性质就是其非线性光 学性质淴淴水 ，包括：饱和吸收、双光子吸收、自相位调制、 自聚焦、光学双稳态等。因此近几年另一个热门的研 究领域就是用石墨烯作为饱和吸体来制作锁模激光器， 石墨烯在饱和吸收体中的利用方式也是多种多样，比 如：可以贴附于拉锥光纤表面记李将军归来，也可以制成石墨烯溶 液，还可以掺入高分子材料中等等铃木奈奈 。另外石墨烯的衍 生物如氧化石墨烯和其它石墨烯杂化材料还具有双光子吸收或反饱和吸收性质，是宽带光限制器的良好材 料。
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喀斯玛商城http://a0003147.casmart.com.cn/
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军星网 ，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刘奕丹。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佛珠吊兰 ，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。Graphene has attracted much attention in the academic and industrial fields because of its compatibility with silicon based semiconductor technology. As a unique two-dimensional atomic crystalmaterial全安琪 , graphene has excellent mechanical properties, high thermal conductivity and carrier mobility箭定天下, ultra wideband response spectrum and strong nonlinear optical properties, which makes the graphene have advantage in the field of emerging optical and optoelectronic devices. A series of new optoelectronic devices based on graphene have been developed with excellent performance and application prospects. In this paper, we introduced optical properties of graphene, the interaction between graphene and light, and the application in photonic and optoelectronic devices in the field. We also analyzed the structure and characteristics of these new graphene-based devices. We put emphasis on the total internal reection structure李芮知 , which enhances the interaction between graphene and light. At the same time, we discussed the polarization dependent properties of graphene under the total internal reflection structure, and its application in optical sensing, optical storage and so on with the polarization dependent properties, as well as important discoveries in cell sensing aspects. Finally, the optical properties of graphene and its applications are summarized and prospected.
参考文献
34 1985 年英美科学家发现富勒烯[1] 和 1991 年日本 物理学家 Iijima 发现碳纳米管[2]蔡端宏，加之英国曼彻斯特 大学科学家于 2004 年成功制备石墨烯[3] 之后，金刚 石（三维）、石墨（三维）、石墨烯（二维）、碳纳米 管（一维）和富勒烯（零维）组成了一个完整的碳材 料“家族”。从理论上说，石墨烯是除金刚石外所有碳 晶体的基本结构单元，如果从石墨烯上“剪” 出不同 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 示[4]。由于石墨烯优异的电学、热学、力学性能，近年 来各国科研人员对其的研究日益增长，已经是材料科 学领域的研究热点之一。 2010 年诺贝尔物理学奖揭晓[5?6] 之后郭采洁菜花病 ，人们对石 墨烯的研究和关注越来越多，新的发现不断涌现米粒向前冲。在 不断深入研究石墨烯的制备方法和性质的过程中，其 应用领域也在不断扩大。由于石墨烯缺乏带隙以及在 室温下的超高电子迁移率、低于银铜的电阻率、高热 导率[7] 等，在光电晶体管、生化传感器、电池电极材 料和复合材料方面有着很高的应用价值；由于它很低 的电阻率和极大的载流子迁移率，人们很快发现了石 墨烯在光电探测领域的潜能张连志 ，并且认为将会是很具发 展前途的材料之一苏志变。
石墨烯光子和光电子器件
由于石墨烯独特的电子结构李圣根 ，其能带在 K 和 K′ 点附近为零带隙的狄拉克锥， 其中的电子表现为无质 量的狄拉克费米子曾小雨。而且石墨烯具有很好的可调控性 能， 其费米面可以通过各种方式进行调节，比如：门 电压、化学掺杂等，因此石墨烯这种优越的可调控性 使其能够广泛应用于很宽的光谱范围（从 THz 到可见 光及紫外），另一个明显的优势在于石墨烯中超快的载 流子迁移率，因此石墨烯在需要快宽带和快速响应的 光学器件中具有广阔的应用前景。
由于石墨烯的超薄特性 (原子层量级厚度)，因此 石墨烯具有很高的透光性，罗惠美 同时石墨烯也是良好的导 电材料，具有很快的载流子迁移速率，而且石墨烯也 是目前发现的位移能够拉伸 20% 的材料江湖美男谱 。以上几个特 征表明石墨烯是制作透明电极、触摸屏、柔性显示器 的绝佳材料弃妃魅天下。
B. 光伏器件
石墨烯在光伏器件上的应用具有多功能的特点： 可以作为透明电极、电荷传输通道和催化剂都市小钢炮 。石墨烯 透明导电薄膜可以作为窗口电极应用在有机、无机和 染料敏化太阳能电池器件上（如图 10）。目前利用化学 合成的石墨烯做透明导电薄膜获得了 η ≈ 0.3% 的转换 效率[21]，氧化还原的石墨烯则得到了 η ≈ 0.4% 的转
C. 基于硅波导的光电器器件
石墨烯由于其独特的二维结构与柔性，可以很方 便的与硅波导相结合，其良好的载流子输运特性与可 调控的光学性质更是为基于硅波导的光电器件带来了 独特的优势。石墨烯独特的宽带光学响应和动态光电 导可调控的优势，石墨烯与硅波导相结合可以实现集 成光路，而石墨烯在此担当多种角色，在光的产生、传 输、调控、计算和探测上均可发挥重要作用，随着在 硅上直接沉积石墨烯技术的突破帝王蛇蜥，石墨烯和硅集成光 路（如图 11 所示）的实现就会到来。
D. 石墨烯非线性光学器件
石墨烯还有一种重要的光学性质就是其非线性光 学性质淴淴水 ，包括：饱和吸收、双光子吸收、自相位调制、 自聚焦、光学双稳态等。因此近几年另一个热门的研 究领域就是用石墨烯作为饱和吸体来制作锁模激光器， 石墨烯在饱和吸收体中的利用方式也是多种多样，比 如：可以贴附于拉锥光纤表面记李将军归来，也可以制成石墨烯溶 液，还可以掺入高分子材料中等等铃木奈奈 。另外石墨烯的衍 生物如氧化石墨烯和其它石墨烯杂化材料还具有双光子吸收或反饱和吸收性质，是宽带光限制器的良好材 料。
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