دوره 23، شماره 2 - ( مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران - جلد 23 شماره 2 1405 )
جلد 23 شماره 2 صفحات 46-41 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Afroozeh A. Investigated the optical properties of graphene in a grating structure as an optical absorber and optimized the dimensions of of a single-layer graphene. Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers 2026; 23 (2) :41-46
URL: http://jiaeee.com/article-1-1658-fa.html
URL: http://jiaeee.com/article-1-1658-fa.html
افروزه عبدالکریم. الگوی بررسی خواص نوری گرافن در ساختار گریتینگ به عنوان جاذب نوری و بهینه سازی ابعاد گرافن تک لایه. نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران. 1405; 23 (2) :41-46
دانشکده مهندسی برق- مجتمع آموزش عالی لارستان
چکیده: (60 مشاهده)
گرافن امروزه یکی از پرکاربردترین مواد در تولید دستگاههای نوری مانند سلولهای فتوولتائیک، حسگرها و جاذبها است. توانایی منحصر به فرد گرافن در تولید پلاسمونهای سطحی عالی، پتانسیل منحصر به فردی را برای استفاده در مواد جاذب ایجاد میکند. جاذبهای مبتنی بر گرافن برای استفاده از سنسورهای جاذب، جذب کنندههای خورشیدی و جاذب تراهرتز بسیار کارآمد هستند. حسگرهای جاذب با استفاده از ویژگی‌های قابل تنظیم گرافن در حسگرهای زیستی برای تشخیص هموگلوبین، بیومولکول‌های ادرار و همچنین در کاربردهای پزشکی و شیمیایی قابل استفاده هستند. جاذبهای خورشیدی برای استفاده در دستگاههای برداشت انرژی و تولید انرژی پاک مناسب هستند. استفاده از لایه گرافن در طراحی جاذب خورشیدی پاسخ جذب بسیار کارآمد و پهنای باند مناسبی را به همراه دارد. جاذب ترتز در دستگاههای سنجش و تصویربرداری قابل استفاده است. در این تحقیق، ما خواص نوری گرافن را در ساختار گریتینگ به عنوان جاذب نوری بررسی کردیم و ابعاد ساختار را برای دستیابی به جذب بیشتر گرافن تک لایه بهینه کردیم. روی گرافن تک لایه نانوروبان های طلا قرار می دهیم و برای جلوگیری از بازتاب و افزایش جذب نور توسط سازه یک لایه ضد انعکاس در بالای سازه قرار میدهیم. در ابتدا این ساختار تحت تابش موج صفحه TM با زاویه برخورد 0 درجه بررسی میشود. در مرحله بعد با تغییر عرض نانوروبانها و مدت زمان تکرار سازه، ابعاد گریتینگ را بهینه کردیم. ساختار پردازش شده جذب گرافن تک لایه را تا 60 درصد افزایش داد. در مرحله بعد، رفتار پیک های جذب گرافن را در ناحیه مادون قرمز نزدیک با تغییر زاویه تابش نور با مقادیر 15، 30، 45، 60، 75 و 90 درجه بررسی کردیم. با تجزیه و تحلیل رفتار گرافن در این ناحیه، متوجه شدیم که با تغییر ابعاد نانوروبان‌های طلا، می‌توان طول موج پیک جذب را از 1000 تا 1600 نانومتر کنترل کرد. در مرحله بعد متوجه شدیم که پیک جذب سازه به زاویه تابش نور حساس نیست و با تغییر زاویه نور تابشی، تفاوت قابل توجهی در حداکثر جذب لایه گرافن وجود ندارد. این جاذب با راندمان بالا و حساسیت زاویه کم، توانایی زیادی در جذب تابش خورشید دارد و کاربردهای فراوانی در سلول های خورشیدی، ردیاب های مادون قرمز و حرارتی دارد.
فهرست منابع
1. [1] A. Ghobadi, et al., Tuning the metal filling fraction in metal-insulator-metal ultra-broadband perfect absorbers to maximize the absorption bandwidth. Photonics Research, 2018. 6(3): p. 168-176. [DOI:10.1364/PRJ.6.000168]
2. [2] A. Afroozeh, The role of grating and electro-optical to adjustment of optical switches with voltage to graphene layer in increasing bandwidth. Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, 2021. 18(3). [DOI:10.52547/jiaeee.18.3.65]
3. [3] S.-X. Xia, et al., Multi-band perfect plasmonic absorptions using rectangular graphene gratings. Optics letters, 2017. 42(15): p. 3052-3055. [DOI:10.1364/OL.42.003052]
4. [4] Z. Yong, et al., Narrow band perfect absorber for maximum localized magnetic and electric field enhancement and sensing applications. Scientific reports, 2016. 6(1): p. 24063. [DOI:10.1038/srep24063]
5. [5] L. Lei, et al., Ultra-broadband absorber from visible to near-infrared using plasmonic metamaterial. Optics express, 2018. 26(5): p. 5686-5693. [DOI:10.1364/OE.26.005686]
6. [6] J. Zhou, et al., Perfect ultraviolet absorption in graphene using the magnetic resonance of an all-dielectric nanostructure. Optics Express, 2018. 26(14): p. 18155-18163. [DOI:10.1364/OE.26.018155]
7. [7] Y. Chen, et al., Tunable near-infrared plasmonic perfect absorber based on phase-change materials. Photonics Research, 2015. 3(3): p. 54-57. [DOI:10.1364/PRJ.3.000054]
8. [8] X. Tian, et al., Wavelength-selective, tunable and switchable plasmonic perfect absorbers based on phase change materials Ge2Sb2Te5. Europhysics Letters, 2020. 128(6): p. 67001. [DOI:10.1209/0295-5075/128/67001]
9. [9] D. Rodrigo, et al., Mid-infrared plasmonic biosensing with graphene. Science, 2015. 349(6244): p. 165-168. [DOI:10.1126/science.aab2051]
10. [10] R. Hillenbrand, T. Taubner, and F. Keilmann, Phonon-enhanced light-matter interaction at the nanometre scale. Nature, 2002. 418(6894): p. 159-162. [DOI:10.1038/nature00899]
11. [11] J. Dintinger, et al., Strong coupling between surface plasmon-polaritons and organic molecules in subwavelength hole arrays. Physical Review B-Condensed Matter and Materials Physics, 2005. 71(3): p. 035424. [DOI:10.1103/PhysRevB.71.035424]
12. [12] T. Low, and P. Avouris, Graphene plasmonics for terahertz to mid-infrared applications. ACS nano, 2014. 8(2): p. 1086-1101. [DOI:10.1021/nn406627u]
13. [13] F. Wang, et al., Gate-variable optical transitions in graphene. science, 2008. 320(5873): p. 206-209. [DOI:10.1126/science.1152793]
14. [14] K.J. Ooi, et al., Ultrafast, broadband, and configurable midinfrared all-optical switching in nonlinear graphene plasmonic waveguides. APL Photonics, 2016. 1(4). [DOI:10.1063/1.4948417]
15. [15] M. Ono, et al., Ultrafast and energy-efficient all-optical switching with graphene-loaded deep-subwavelength plasmonic waveguides. Nature Photonics, 2020. 14(1): p. 37-43. [DOI:10.1038/s41566-019-0547-7]
16. [16] H. Chang, and H. Wu, Graphene‐based nanomaterials: Synthesis, properties, and optical and optoelectronic applications. Advanced Functional Materials, 2013. 23(16): p. 1984-1997. [DOI:10.1002/adfm.201202460]
17. [17] J. Wang, et al., Optoelectronic and photoelectric properties and applications of graphene-based nanostructures. Materials Today Physics, 2020. 13: p. 100196. [DOI:10.1016/j.mtphys.2020.100196]
18. [18] W. Li, et al., Ultrafast all-optical graphene modulator. Nano letters, 2014. 14(2): p. 955-959. [DOI:10.1021/nl404356t]
19. [19] C. Zhong, J. Li, and H. Lin, Graphene-based all-optical modulators. Frontiers of Optoelectronics, 2020. 13(2): p. 114-128. [DOI:10.1007/s12200-020-1020-4]
20. [20] F. Bonaccorso, et al., Graphene photonics and optoelectronics. Nature photonics, 2010. 4(9): p. 611-622. [DOI:10.1038/nphoton.2010.186]
21. [21] C.C. Guo, et al., Experimental demonstration of total absorption over 99% in the near infrared for monolayer‐graphene‐based subwavelength structures. Advanced Optical Materials, 2016. 4(12): p. 1955-1960. [DOI:10.1002/adom.201600481]
22. [22] H. Li, J. Niu, and G. Wang, Dual-band, polarization-insensitive metamaterial perfect absorber based on monolayer graphene in the mid-infrared range. Results in Physics, 2019. 13: p. 102313. [DOI:10.1016/j.rinp.2019.102313]
23. [23] C. Liang, et al., A broadband and polarization-independent metamaterial perfect absorber with monolayer Cr and Ti elliptical disks array. Results in Physics, 2019. 15: p. 102635. [DOI:10.1016/j.rinp.2019.102635]
24. [24] X. Shi, et al., A novel method for the rapid detection of microbes in blood using pleurocidin antimicrobial peptide functionalized piezoelectric sensor. Journal of microbiological methods, 2017. 133: p. 69-75. [DOI:10.1016/j.mimet.2016.12.005]
25. [25] K.-A. Son, et al., High-speed graphene field effect transistors on microbial cellulose biomembrane. IEEE Transactions on Nanotechnology, 2017. 16(2): p. 239-244. [DOI:10.1109/TNANO.2017.2658443]
26. [26] H.A. Atwater, and A. Polman, Plasmonics for improved photovoltaic devices. Nature materials, 2010. 9(3): p. 205-213. [DOI:10.1038/nmat2629]
27. [27] A.N. Grigorenko, M. Polini, and K.S. Novoselov, Graphene plasmonics. Nature photonics, 2012. 6(11): p. 749-758. [DOI:10.1038/nphoton.2012.262]
28. [28] J. Darmo, et al., Imaging with a Terahertz quantum cascade laser. Optics express, 2004. 12(9): p. 1879-1884. [DOI:10.1364/OPEX.12.001879]
29. [29] S. Huang, et al., Graphene plasmonics: physics and potential applications. Nanophotonics, 2017. 6(6): p. 1191-1204. [DOI:10.1515/nanoph-2016-0126]
30. [30] H. Li, et al., Plasmonic nanolasers enhanced by hybrid graphene-insulator-metal structures. Nano Letters, 2019. 19(8): p. 5017-5024. [DOI:10.1021/acs.nanolett.9b01260]
31. [31] S.Thongrattanasiri, F.H. Koppens, and F.J. García de Abajo, Complete optical absorption in periodically patterned graphene. Physical review letters, 2012. 108(4): p. 047401. [DOI:10.1103/PhysRevLett.108.047401]
32. [32] Y. Fan, et al., Monolayer-graphene-based broadband and wide-angle perfect absorption structures in the near infrared. Scientific reports, 2018. 8(1): p. 13709. [DOI:10.1038/s41598-018-32052-7]
33. [33] A. Woessner, et al., Highly confined low-loss plasmons in graphene-boron nitride heterostructures. Nature materials, 2015. 14(4): p. 421-425. [DOI:10.1038/nmat4169]
34. [34] S.K. Patel, et al., Graphene-based highly sensitive refractive index biosensors using C-shaped metasurface. IEEE Sensors Journal, 2020. 20(12): p. 6359-6366. [DOI:10.1109/JSEN.2020.2976571]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY NC 4.0) قابل بازنشر است. |
