【摘要】：太赫茲(terahertz,THz)波在電磁波譜中處于微波和紅外輻射之間,在無線通訊、物體成像和天文觀測等方面表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值。但是目前能對太赫茲波實現(xiàn)有效操控的可調(diào)諧功能器件卻十分匱乏。高品質(zhì)因子的窄帶共振譜線對THz波在生物樣品檢測、慢光器件設(shè)計和光電開關(guān)等方面的應(yīng)用非常重要�；诔牧戏菍ΨQ結(jié)構(gòu)中明態(tài)和暗態(tài)兩種模式相互作用而形成的Fano共振具有損耗低和譜線尖銳等優(yōu)點(diǎn),能很好地滿足這方面的應(yīng)用需求。石墨烯具有很高的載流子遷移率,在THz波段其電導(dǎo)率可以隨著費(fèi)米能級調(diào)節(jié)而顯著改變,非常適合用以制作可調(diào)諧器件。為獲得高性能的可調(diào)諧THz波導(dǎo)功能器件,基于石墨烯-金屬(或半導(dǎo)體)所構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu),我們采用有限積分法開展了THz石墨烯調(diào)制器件的模擬設(shè)計工作,并對其調(diào)節(jié)的物理機(jī)制進(jìn)行了探討。主要研究結(jié)果如下:(1)在金屬(或半導(dǎo)體銻化銦)超材料諧振環(huán)基礎(chǔ)上,以整片石墨烯作為有源區(qū),通過外加偏置電壓控制其載流子濃度,模擬研究了該復(fù)合微結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧傳播特性。結(jié)果表明,在銻化銦-石墨烯超材料結(jié)構(gòu)中,當(dāng)費(fèi)米能級在0.01-0.30e V范圍內(nèi)變化時,共振振幅和頻率的調(diào)制深度分別為26.0%和43.4%,共振譜線的品質(zhì)因子最高可以達(dá)到40以上。(2)以石墨烯微結(jié)構(gòu)作為有源區(qū),模擬研究了周期性條帶結(jié)構(gòu)對THz波的調(diào)節(jié)特性,并考慮了石墨烯費(fèi)米能級、結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作頻率的影響。結(jié)果表明,在金屬-石墨烯復(fù)合條帶微結(jié)構(gòu)中可以觀察到明顯的Fano共振,透射峰值最高可達(dá)0.97,品質(zhì)因子約為20。對于石墨烯-石墨烯非對稱條帶結(jié)構(gòu),當(dāng)費(fèi)米能級在0.1-1.0 e V范圍內(nèi)變化時,Fano共振頻率的調(diào)制深度可以達(dá)到60%以上。(3)基于銻化銦的復(fù)合條帶型微結(jié)構(gòu),設(shè)計了一種高品質(zhì)因子的THz波調(diào)制器,并且通過摻雜、改變溫度等方式對其共振譜線可以實現(xiàn)有效調(diào)節(jié)。結(jié)果表明,對于銅-銻化銦復(fù)合結(jié)構(gòu),當(dāng)摻雜銻化銦的載流子濃度在5×1016-5×1018 cm-3范圍內(nèi)變化時,Fano透射峰幅值的調(diào)制深度可以達(dá)到80%以上。
【圖文】：

圖 1-1 THz 波在電磁波譜中的位置，頻率范圍為 0.3×1012-1×1013Hz。太赫茲（terahertz，，THz，1 THz = 1012Hz = 33.3 cm-1）波通常是指頻率在0.3 THz - 10 THz（波長 1 mm - 30 μm）范圍內(nèi)的電磁輻射，其波譜位于微波和紅外光之間，如圖 1-1 所示，處于電子學(xué)和光子學(xué)的過渡區(qū)域，在無線通訊、物

圖 1-2 表面等離激元及其電場強(qiáng)度衰減趨勢圖，它沿金屬-介質(zhì)界面?zhèn)鞑�，在垂直于界面的金屬和介質(zhì)中都呈指數(shù)衰減。表面等離子激元（Surface Plasmons, SPs）是指當(dāng)光波入射到金屬與介質(zhì)的分界面時，金屬自由電子與電磁波相互耦合形成的一種沿著金屬-介質(zhì)界面?zhèn)鞑?
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O441.4

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本文編號：2680402