本文選題：石墨烯　切入點(diǎn)：光子晶體　出處：《北京郵電大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：2004年,安德烈和康斯坦丁第一次成功地從石墨中分離出石墨烯,證實(shí)它可以單獨(dú)存在,并獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。石墨烯在室溫下具有極高的電子遷移率,其電導(dǎo)率具有電壓、溫度等可調(diào)特性,在可調(diào)太赫茲功能器件方面有重要應(yīng)用。論文研究了一維石墨烯光子晶體的色散特性和缺陷模特性,并基于石墨烯設(shè)計(jì)了兩種類型可調(diào)寬帶極化不敏感太赫茲吸波器。論文主要工作如下:(1)基于Maxwell方程推導(dǎo)了一維各向異性石墨烯光子晶體的傳輸矩陣方程,并由此得到了復(fù)數(shù)色散關(guān)系,分析了其傳輸特性和衰減特性。研究發(fā)現(xiàn),由于石墨烯的介電常數(shù)為復(fù)數(shù)特性,其對(duì)應(yīng)的色散可分為兩部分,一種是對(duì)應(yīng)于波矢實(shí)部的傳輸曲線,一種是對(duì)應(yīng)于波矢量虛部的損耗特性。最后采用仿真軟件建立模型,進(jìn)一步驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。(2)提出在一維石墨烯光子晶體中引入兩層和三層缺陷,發(fā)現(xiàn)由于多層缺陷的引入,在原帶隙范圍出現(xiàn)了多個(gè)缺陷模,并且缺陷模頻率和幅度具有外部電壓可調(diào)性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)缺陷模的頻率、幅度和個(gè)數(shù)受缺陷層個(gè)數(shù)、層數(shù)以及缺陷材料的影響。當(dāng)雙層缺陷周期數(shù)增多時(shí),缺陷模幅度減小。改變?nèi)毕輰又虚g光子晶體的周期數(shù),缺陷模的峰值沒有明顯變化,但缺陷模的位置隨著周期數(shù)的增加向帶隙的中心移動(dòng)。當(dāng)缺陷層中間的光子晶體周期數(shù)增大到一個(gè)閾值時(shí),雙缺陷模合成一個(gè)。當(dāng)缺陷層位置從對(duì)稱變成不規(guī)則時(shí),缺陷模峰值增大。(3)基于石墨烯的吸波結(jié)構(gòu)大多為窄帶,并且往往是極化敏感的。論文基于石墨烯材料設(shè)計(jì)了兩種類型的寬帶極化不敏感可調(diào)太赫茲吸波器,利用模式疊加原理和阻抗匹配原理分析了寬帶吸波器的物理機(jī)理,探討了其在寬帶可調(diào)太赫茲吸波方面的重要應(yīng)用。最后討論了石墨烯電導(dǎo)率的表達(dá)方式對(duì)石墨烯吸波器吸收特性的影響�；谑┑墓庾泳w在太赫茲可調(diào)功能器件方面有重要應(yīng)用,本論文的研究將進(jìn)一步推動(dòng)太赫茲可調(diào)多頻段窄帶濾波器和極化不敏感寬帶吸波器的發(fā)展和應(yīng)用。
[Abstract]:In 2004, Andrea and Constantine successfully isolated graphene from graphite for the first time, proving that it could exist alone and winning a Nobel Prize.Graphene has a very high electron mobility at room temperature, and its conductivity has adjustable characteristics such as voltage, temperature, etc. It has important applications in tunable terahertz functional devices.In this paper, the dispersion characteristics and defect modes of one-dimensional graphene photonic crystals are studied, and two types of tunable wideband polarization insensitive terahertz absorbers are designed based on graphene.The main work of this paper is as follows: (1) based on the Maxwell equation, the transfer matrix equation of one-dimensional anisotropic graphene photonic crystal is derived, and the complex dispersion relation is obtained, and the propagation and attenuation characteristics are analyzed.It is found that because the dielectric constant of graphene is complex, its dispersion can be divided into two parts, one is the transmission curve corresponding to Yu Bo's vector real part, the other is the loss characteristic corresponding to the imaginary part of Yu Bo vector.Finally, the simulation software is used to establish the model, which further verifies the correctness of the theoretical derivation. (2) A two-layer and three-layer defect is introduced into the one-dimensional graphene photonic crystal, and it is found that the multi-layer defect is introduced.There are several defect modes in the original band gap range, and the frequency and amplitude of the defect mode are adjustable by external voltage.It is found that the frequency, amplitude and number of defect modes are affected by the number of defect layers, the number of layers and the defect materials.When the number of double layer defect cycles increases, the amplitude of defect mode decreases.The peak value of the defect mode does not change obviously when the period number of the intermediate photonic crystal in the defect layer is changed, but the position of the defect mode moves to the center of the band gap with the increase of the period number.When the number of photonic crystal cycles in the middle of the defect layer increases to a threshold, a double defect mode is synthesized.When the position of defect layer changes from symmetry to irregularity, the peak value of defect mode increases. 3) the absorption structure based on graphene is mostly narrow-band and is often polarization-sensitive.In this paper, two types of wideband polarization insensitive tunable terahertz absorbers are designed based on graphene materials. The physical mechanism of wideband absorbers is analyzed by mode superposition principle and impedance matching principle.Its important application in wideband tunable terahertz wave absorption is discussed.Finally, the influence of the expression of graphene conductivity on the absorption characteristics of graphene absorber is discussed.Photonic crystals based on graphene have important applications in terahertz tunable devices. The research in this paper will further promote the development and application of terahertz tunable multi-band narrowband filters and polarization-insensitive broadband absorbers.
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ127.11

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本文編號(hào)：1712568