【摘要】：太赫茲(THz)輻射源是THz科學(xué)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的主要瓶頸之一,將電子學(xué)和光子學(xué)相結(jié)合來(lái)產(chǎn)生THz輻射逐漸成為THz科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本論文以二維材料石墨烯為基礎(chǔ),對(duì)電子注激勵(lì)石墨烯產(chǎn)生表面等離子體激元(SPPs)并轉(zhuǎn)化為THz輻射進(jìn)行了一系列相關(guān)的理論研究和初步的實(shí)驗(yàn)研究。主要研究結(jié)果如下:1.本論文理論研究了利用平行電子束激勵(lì)起石墨烯THz波段中的SPPs,并通過(guò)石墨烯/介質(zhì)/基底結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為THz波段的切倫科夫輻射,然后通過(guò)介質(zhì)光柵結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生的切倫科夫輻射衍射出去的物理過(guò)程。通過(guò)在石墨烯和介質(zhì)基底之間加載中間介質(zhì)層,可以將石墨烯SPPs轉(zhuǎn)化為相干的切倫科夫輻射,輻射頻率可通過(guò)調(diào)節(jié)石墨烯的化學(xué)勢(shì)、電子注的速度,中間介質(zhì)層的介電常數(shù)以及中間介質(zhì)層的厚度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧。與沒(méi)有石墨烯、沒(méi)有中間介質(zhì)層情況下平行運(yùn)動(dòng)電子注直接激勵(lì)起介質(zhì)中的切倫科夫輻射相比,電子激勵(lì)石墨烯SPPs轉(zhuǎn)化的相干切倫科夫輻射功率大大增強(qiáng)。通過(guò)調(diào)節(jié)介質(zhì)衍射光柵的光柵深度和衍射階次,可以對(duì)THz波進(jìn)行很好的調(diào)制。2.本論文基于石墨烯-介質(zhì)多層膜結(jié)構(gòu)組成的石墨烯雙曲超材料,開(kāi)展了電子注和電偶極子激勵(lì)石墨烯雙曲超材料產(chǎn)生THz電磁輻射的相關(guān)理論研究。當(dāng)平行運(yùn)動(dòng)的電子注速度滿足一定的條件,電子注在石墨烯雙曲超材料中激勵(lì)起的石墨烯SPPs可以轉(zhuǎn)化為THz輻射。電子注激勵(lì)石墨烯雙曲超材料產(chǎn)生THz輻射的本質(zhì)是石墨烯雙曲超材料中層與層之間的SPPs的相互耦合。此外還開(kāi)展了電偶極子激勵(lì)石墨烯雙曲超材料產(chǎn)生THz輻射的相關(guān)研究,研究表明:與傳統(tǒng)媒質(zhì)相比,電偶極子可以在石墨烯雙曲超材料激勵(lì)起增強(qiáng)的有特殊角向分布的THz輻射。與電子注激勵(lì)石墨烯雙曲超材料產(chǎn)生THz輻射的本質(zhì)相同,電偶極子激勵(lì)石墨烯雙曲超材料產(chǎn)生THz輻射的物理機(jī)制也是石墨烯雙曲超材料中層與層之間石墨烯SPPs的相互耦合。3.本論文基于THz時(shí)域光譜儀,利用透射和反射測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究,測(cè)量了石墨烯在THz波段的電導(dǎo)率,對(duì)石墨烯的THz空間電導(dǎo)率分布進(jìn)行了成像。并且通過(guò)Drude-Smith公式擬合詳細(xì)比較兩種測(cè)量方法下得到的石墨烯電導(dǎo)率。此外,還研究了激光激發(fā)下,石墨烯空間電導(dǎo)率的變化。研究結(jié)果表明,激光激發(fā)可以在石墨烯中產(chǎn)生光生載流子,并且光生載流子在激光激發(fā)下會(huì)向相鄰區(qū)域進(jìn)行輸運(yùn)。研究成果對(duì)研究石墨烯的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)以及設(shè)計(jì)石墨烯光電子THz器件有重要意義。另外,我們制備了簡(jiǎn)易背柵石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管,并對(duì)石墨烯的基本電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了初步研究,實(shí)驗(yàn)測(cè)得石墨烯的狄拉克點(diǎn)、載流子濃度、費(fèi)米能量、遷移率等基本電學(xué)參數(shù),研究結(jié)果對(duì)后續(xù)電子注激勵(lì)石墨烯產(chǎn)生THz輻射的相關(guān)研究具有重要的意義。4.本論文基于THz時(shí)域光譜儀系統(tǒng)和二維掃描控制系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)研究了電子束激勵(lì)石墨烯對(duì)石墨烯THz電導(dǎo)率的影響,并對(duì)不同電壓電子束激勵(lì)下的石墨烯空間THz電導(dǎo)率變化進(jìn)行了成像。石墨烯的空間電導(dǎo)率成像結(jié)果表明不同束流大小的電子束激勵(lì)石墨烯對(duì)石墨烯引入電子摻雜的速度不同。通過(guò)對(duì)不同電壓不同束流電子束激勵(lì)下石墨烯電導(dǎo)率的改變的Drude公式擬合,我們發(fā)現(xiàn)較大束流的電子束激勵(lì)石墨烯可以更大地改變石墨烯薄膜中的載流子密度,并且可以更大地縮短石墨烯的載流子弛豫時(shí)間。而石墨烯THz電導(dǎo)率的降低是電子束激勵(lì)造成石墨烯的載流子密度和載流子弛豫時(shí)間發(fā)生變化共同作用的結(jié)果。通過(guò)與激光激勵(lì)石墨烯對(duì)石墨烯THz電導(dǎo)率的改變對(duì)比,我們發(fā)現(xiàn)電子束激勵(lì)石墨烯可以對(duì)石墨烯的THz電導(dǎo)率產(chǎn)生更大的改變。這表明可以通過(guò)電子束激勵(lì)石墨烯對(duì)石墨烯的性質(zhì)進(jìn)行更大的調(diào)諧。以上結(jié)果對(duì)研究石墨烯在非平衡條件下的載流子輸運(yùn)以及對(duì)石墨烯基可調(diào)諧THz源器件的研究具有重要的參考價(jià)值。
【圖文】：

‘33五二

h一O.Sp時(shí)的衍射效率
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O441.4;TQ127.11

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉盛綱;鐘任斌;;太赫茲科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用的新發(fā)展[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

2 劉盛綱;;太赫茲科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展[J];中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué);2006年01期

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本文編號(hào)：2662538