【摘要】：自石墨烯(Graphene)被成功制備以來,其優(yōu)異的性能吸引了全球范圍內(nèi)廣泛的關(guān)注,無數(shù)基于石墨烯且性能出色的納米電子、光子器件不斷涌現(xiàn),展現(xiàn)了石墨烯巨大的應(yīng)用潛力。本文采用廣義譜域指數(shù)矩陣技術(shù)分析了電磁波在石墨烯-介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)中的傳播特性,主要是透射和反射特性。并在此基礎(chǔ)上,探索了將石墨烯-介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)用到多種器件中的可能性。本文分別仿真分析了平行平板波導(dǎo)、開關(guān)以及功率分配器。以下是本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)：首先,本文簡(jiǎn)單介紹了石墨烯的能帶結(jié)構(gòu),解釋了石墨烯出色性能的微觀原理；接著引入了兩種石墨烯的電導(dǎo)率模型,即光波段石墨烯電導(dǎo)率模型以及外加光激勵(lì)下的多層石墨烯電導(dǎo)率模型；然后又介紹了石墨烯的等效電路模型以及廣義譜域指數(shù)矩陣技術(shù),為后續(xù)理論計(jì)算部分作鋪墊。其次,詳細(xì)對(duì)比分析了等效電路模型,轉(zhuǎn)移矩陣方法以及廣義譜域指數(shù)矩陣技術(shù)三種方法的適用場(chǎng)合,最終選定廣義譜域指數(shù)矩陣技術(shù)作為本文的計(jì)算方法。接著分析了電磁波在石墨烯-軸向螺旋(雙)各項(xiàng)異性介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)和多層石墨烯-鐵電體介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)中的傳播特性,介紹了引入石墨烯對(duì)其復(fù)合結(jié)構(gòu)的影響。最后,在之前研究的基礎(chǔ)上,我們把多層石墨烯-鐵電體介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)用到平行平板波導(dǎo)中,詳細(xì)分析了波導(dǎo)TM模式的相位和衰減特性,與此同時(shí),我們還仿真分析了工作在太赫茲波段基于石墨烯-介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的等離子激元開關(guān)和功率分配器,發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)石墨烯的化學(xué)勢(shì)可以高效地控制開關(guān)的“開通”和“關(guān)閉”狀態(tài)以及選擇功率分配器的功率分配支路端口。本文旨在通過仿真分析為納米電子和光子學(xué)器件的工業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供一定的參考。
[Abstract]:Since the preparation of graphene (Graphene), its excellent performance has attracted wide attention all over the world. Numerous graphene-based and excellent nano-electrons, photon devices are emerging, showing the huge application potential of graphene. In this paper, the propagation characteristics of electromagnetic wave in graphene-dielectric composite structure are analyzed by means of generalized spectral domain exponential matrix technique, mainly transmission and reflection characteristics. On this basis, the possibility of applying graphene-dielectric composite structure to a variety of devices is explored. In this paper, parallel planar waveguide, switch and power distributor are simulated and analyzed respectively. The main work and innovations of this paper are summarized as follows: firstly, the energy band structure of graphene is briefly introduced, and the microcosmic principle of excellent performance of graphene is explained. Then two kinds of graphene conductivity models are introduced, I. E., light band graphene conductivity model and multilayer graphene conductivity model under external light excitation. Then the equivalent circuit model of graphene and the technique of generalized spectral domain exponential matrix are introduced to pave the way for the following theoretical calculation. Secondly, the applications of equivalent circuit model, transfer matrix method and generalized spectral domain exponential matrix technique are compared and analyzed in detail. Finally, the generalized spectral domain exponential matrix technique is selected as the calculation method in this paper. Then, the propagation characteristics of electromagnetic wave in the composite structure of graphene-axial helical (bi -) anisotropic medium and multilayer graphene-ferroelectric medium are analyzed, and the effect of graphene introduction on the composite structure is introduced. Finally, on the basis of the previous study, we apply the multilayer graphene-ferroelectric dielectric composite structure to the parallel planar waveguide, and analyze the phase and attenuation characteristics of the waveguide TM mode in detail. We also simulated and analyzed the plasma exciton switches and power splitters working in terahertz band based on graphene-dielectric composite structure. It is found that adjusting the chemical potential of graphene can effectively control the "on" and "off" states of the switch and select the power distribution branch port of the power distributor. The purpose of this paper is to provide some reference for the industrial design and implementation of nano-electronics and photonics devices through simulation analysis.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O613.71;TB33

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1 記者 張Z，

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