本文關鍵詞：基于M-FDTD方法的一維石墨烯電磁特性研究

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【摘要】：石墨烯,是由碳原子構成的二維晶體結構,是目前世界上最薄的材料.它具有良好的導電性,零帶隙能帶結構以及獨特的光敏感特性。由于石墨烯獨特的光學特性,以及在2004年石墨烯被成功剝離后,使它作為一個新穎的二維半導體材料受到廣泛關注。近幾年石墨烯的研究已經有了很大的突破,石墨烯的大規(guī)模制作生產方面也有了顯著進步。本文以時域有限差分算法(FDTD)為基本研究方法,結合表面邊界條件方法(SBC),推導了太赫茲電磁波垂直入射以及斜入射下單層石墨烯的FDTD迭代式,計算了其反射和透射系數(shù),并與解析解對比驗證了該理論的正確性。將表面邊界條件方法引入光子晶體中,研究了一維石墨烯光子晶體在太赫茲電磁波的吸收特性。通過改變石墨烯在模型中的位置,得到了一維石墨烯吸收特性與石墨烯位置的關系。結果表明,當石墨烯位于光子晶體表面時,由于石墨烯和間隔層在光子晶體表面構成了表面缺陷,從而導致光的局域化,這種局域化增強了石墨烯對太赫茲電磁波能量的吸收。接著用基于拉普拉斯變換的電流密度卷積方法(LTJEC-FDTD)對有一定厚度的石墨烯進行時域有限差分計算,推導了垂直入射的太赫茲電磁波下石墨烯的FDTD迭代式,計算了其反射和透射系數(shù),并與解析解對比驗證了該理論的正確性。同時利用一維斜入射情況下的修正FDTD算法,將二維問題轉化為等價的一維問題,并通過該轉換和修正的連接邊界引入入射波,較好的解決了常規(guī)方式難以引入入射波源的問題。結合LTJEC-FDTD算法,推導了太赫茲電磁波斜入射情況下石墨烯的FDTD迭代式,并將計算得到的反射和透射系數(shù)與解析解對比,驗證了該理論的正確性。最后,用LTJEC-FDTD算法研究了以石英玻璃為襯底的石墨烯太陽能電池透光電極的電磁特性問題,并與傳統(tǒng)的銦錫氧化物(ITO)太陽能電池透光電極電磁特性相比較,結果表明,在低頻時,石墨烯太陽能電池透光電極的電磁特性更佳。用石墨烯代替銦錫氧化物,應用于有機太陽能電池的透光電極,相對來說表現(xiàn)出更好的性能,具有很大的發(fā)展?jié)撃堋?br/> 【關鍵詞】：石墨烯 太赫茲 表面邊界條件 光子晶體 有機太陽能電池
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 選題背景及研究意義9-10
• 1.2 國內外研究概況及其進展10-12
• 1.3 本文內容安排12-13
• 1.4 本章小結13-15
• 第二章 基于石墨烯的表面邊界條件方法15-29
• 2.1 垂直入射情況石墨烯電磁特性研究15-18
• 2.1.1 表面邊界條件的FDTD迭代式15-17
• 2.1.2 數(shù)值驗證17-18
• 2.2 斜入射情況石墨烯電磁特性研究18-27
• 2.2.1 TEz波FDTD迭代式的推導18-22
• 2.2.2 TMz波FDTD迭代式的推導22-25
• 2.2.3 修正的Mur吸收邊界25
• 2.2.4 修正的連接邊界25
• 2.2.5 數(shù)值驗證25-27
• 2.3 本章小結27-29
• 第三章 石墨烯應用于一維太赫茲光子晶體電磁特性研究29-43
• 3.1 電磁波垂直入射石墨烯光子晶體電磁特性研究29-34
• 3.1.1 石墨烯置于一維光子晶體表面對電磁特性的影響29-31
• 3.1.2 石墨烯置于一維光子晶體中間層對電磁特性的影響31-32
• 3.1.3 石墨烯置于一維光子晶體底層對電磁特性的影響32-34
• 3.2 電磁波斜入射石墨烯光子晶體電磁特性研究34-42
• 3.2.1 石墨烯置于一維光子晶體表面對電磁特性的影響34-37
• 3.2.2 石墨烯置于一維光子晶體中間層對電磁特性的影響37-39
• 3.2.3 石墨烯置于一維光子晶體底層對電磁特性的影響39-42
• 3.3 本章小結42-43
• 第四章 基于石墨烯的拉普拉斯變換電流密度卷積FDTD方法43-59
• 4.1 垂直入射情況石墨烯電磁特性研究43-49
• 4.1.1 石墨烯的FDTD迭代式推導43-48
• 4.1.2 數(shù)值驗證48-49
• 4.2 斜入射情況石墨烯電磁特性研究49-58
• 4.2.1 TEz波FDTD迭代式的推導49-52
• 4.2.2 TMz波FDTD迭代式的推導52-56
• 4.2.3 數(shù)值驗證56-58
• 4.3 本章小結58-59
• 第五章 石墨烯應用于有機太陽能電池的電磁特性研究59-71
• 5.1 電磁波垂直入射于有機太陽能透光電極59-63
• 5.1.1 ITO的介電常數(shù)59-60
• 5.1.2 ITO的FDTD迭代式推導60-61
• 5.1.3 石墨烯/ITO有機太陽能透光電極對電磁特性的影響61-63
• 5.2 電磁波斜入射于有機太陽能透光電極63-69
• 5.2.1 TEz波時ITO的FDTD迭代式推導63-64
• 5.2.2 TMz波時ITO的FDTD迭代式推導64-66
• 5.2.3 石墨烯/ITO有機太陽能電池透光電極電磁特性66-69
• 5.3 本章小結69-71
• 第六章 總結和展望71-75
• 參考文獻75-81
• 致謝81-83
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文83

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