發(fā)布時(shí)間：2018-02-23 17:52

  本文關(guān)鍵詞： 石墨烯 太赫茲 共振 調(diào)制深度　出處：《西北大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：太赫茲(THz)技術(shù)作為正在迅速發(fā)展的技術(shù)之一,目前在高速通信、高靈敏傳感、生物成像等領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。調(diào)制器作為該領(lǐng)域的實(shí)際化功能器件是太赫茲技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵之一。由于太赫茲波段表現(xiàn)出與微波和光波的不同性質(zhì),傳統(tǒng)的調(diào)制器件在該波段的應(yīng)用受到限制。研究發(fā)現(xiàn),由人工構(gòu)造,具有周期性的陣列結(jié)構(gòu),且單元結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng)的超材料為太赫茲調(diào)制技術(shù)提供了新的研究思路。然而傳統(tǒng)的金屬超材料的可調(diào)諧性并不能滿足實(shí)際需求。越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)和理論證明石墨烯作為一種新型的二維納米材料,具有優(yōu)異的光電性能,是可調(diào)諧太赫茲功能器件的有效材料之一。石墨烯對(duì)太赫茲波的吸收取決于帶內(nèi)電導(dǎo)。目前的石墨烯太赫茲調(diào)制器件的性能比較低,主要是由于無(wú)共振的Drude載流子行為導(dǎo)致的。因此,結(jié)構(gòu)化石墨烯中的離子體響應(yīng),以及石墨烯與超材料的結(jié)合有望提高太赫茲調(diào)制器件的性能。本文提出了一種基于石墨烯的超材料,將石墨烯設(shè)計(jì)成開(kāi)口環(huán)單元結(jié)構(gòu)陣列在基底上,單元尺寸遠(yuǎn)小于太赫茲波長(zhǎng)。利用CST商用軟件對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算。首先研究了該結(jié)構(gòu)對(duì)單層石墨烯對(duì)正入射TM偏振太赫茲波的調(diào)制特點(diǎn),最終達(dá)到85%的調(diào)制深度,為了進(jìn)一步增加調(diào)制深度,研究多層石墨烯超材料對(duì)其調(diào)制的特點(diǎn),調(diào)制深度達(dá)到99%。隨后研究該單層結(jié)構(gòu)以及多層結(jié)構(gòu)對(duì)斜入射TM偏振太赫茲波的調(diào)制特點(diǎn),調(diào)制深度分別達(dá)到81%和96%。在TE偏振太赫茲波條件下,所產(chǎn)生的共振模式不同于TM偏振。在同一頻段,通過(guò)調(diào)整開(kāi)口的距離,實(shí)現(xiàn)了對(duì)TE偏振太赫茲波的兩個(gè)波段的有效調(diào)制。與此同時(shí)還研究了多層石墨烯超材料對(duì)正、斜入射TE偏振太赫茲波的調(diào)制特點(diǎn)�？傊�,該結(jié)構(gòu)的調(diào)制性能非常優(yōu)異,可以在太赫茲調(diào)制器、吸收體、探測(cè)器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
[Abstract]:As one of the rapidly developing technologies, Terahertz (THz) technology is currently in the field of high speed communication and high sensitivity sensing. As a practical functional device in this field, modulator is one of the key technologies of terahertz technology. Because terahertz band has different properties from microwave and light wave, The application of traditional modulation devices in this band is limited. And the metamaterials with cell structure far smaller than the wavelength of electromagnetic wave provide a new research idea for terahertz modulation technology. However, the tunability of traditional metal metamaterials can not meet the actual demand. More and more experiments and theories are carried out. It is proved that graphene is a new two-dimensional nano-material. It is one of the effective materials for tunable terahertz functional devices. The absorption of terahertz waves by graphene depends on the in-band conductance. This is mainly due to the nonresonant Drude carrier behavior. Therefore, the ionic response in structured graphene, And the combination of graphene and metamaterials is expected to improve the performance of terahertz modulators. In this paper, a graphene based supermaterial is proposed, in which graphene is designed as an open ring cell array on the substrate. The unit size is much smaller than the terahertz wavelength. The theoretical calculation is carried out by using the CST commercial software. Firstly, the modulation characteristics of the single-layer graphene to the TM polarization terahertz wave with normal incidence are studied, and the modulation depth of 85% is finally achieved. In order to further increase the modulation depth, the modulation characteristics of multilayer graphene supermaterial are studied, and the modulation depth is up to 99. Then, the modulation characteristics of the single-layer structure and the multilayer structure for the oblique incident TM polarization terahertz wave are studied. The modulation depth is up to 81% and 96 respectively. Under the condition of te polarization terahertz wave, the resonant mode is different from TM polarization. In the same frequency band, by adjusting the distance of the opening, The effective modulation of te polarization THz wave is realized. At the same time, the modulation characteristics of multilayer graphene supermaterial pair with normal and oblique incidence te polarization terahertz wave are studied. In a word, the modulation performance of this structure is very good. It can be widely used in terahertz modulator, absorber, detector and so on.
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O613.71;O441.4

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本文編號(hào)：1527059