本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯的THz可調(diào)諧超材料器件研究

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【摘要】：超材料,對當(dāng)前國防、經(jīng)濟、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都產(chǎn)生了愈來愈廣泛而深入的影響,曾被美國《科學(xué)》雜志評為過去十年人類最重大的十項科技突破之一。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展,超材料逐漸進入了應(yīng)用層面。但由于超材料的超常電磁特性主要由人工設(shè)計的有序結(jié)構(gòu)單元的形狀和物理尺寸決定,這就使其表現(xiàn)出的電磁性質(zhì)被局限住。而石墨烯由于其電導(dǎo)率可以通過外加電壓進行控制,因而非常適合用來做可調(diào)諧的THz超材料�；诖�,本文提出了三種不同功能的石墨烯超材料器件,分別為吸收器、電磁誘導(dǎo)反射和傳感器,通過CST微波工作室仿真軟件進行仿真之后,得出的結(jié)果如下:1、基于周期性單層石墨烯結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧THz超材料吸收器,該吸收器在石墨烯取合適的費米能時,吸收率能夠達到99.9%以上。而且,在不改變?nèi)魏谓Y(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下,通過調(diào)節(jié)加在石墨烯與襯底之間的電壓,吸收器的吸收頻率與幅度均可得到有效的調(diào)節(jié),且調(diào)節(jié)范圍較大。2、基于石墨烯互補結(jié)構(gòu)的動態(tài)可調(diào)諧電磁誘導(dǎo)反射THz超材料,該結(jié)構(gòu)中的暗模式是通過兩種諧振器之間的近場耦合作用被激發(fā)的,從而產(chǎn)生了反射窗口。反射窗口可以通過改變明模式與暗模式之間的相對縱向位移,或者石墨烯的費米能控制。另外,該結(jié)構(gòu)反射峰處的群延遲值比較高,因此,該結(jié)構(gòu)在可調(diào)諧慢光設(shè)備、可調(diào)諧傳感器和開關(guān)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。3、基于石墨烯互補結(jié)構(gòu)的超敏感THz傳感器,該結(jié)構(gòu)中的反射峰帶寬窄,Q值高。且通過仿真,該傳感器對分析物折射率的靈敏度可以達到177.7GHz/RIU,FOM值可以達到59.3。更重要的是,石墨烯的加入不僅可以增加生物分子的吸附性,還可以在不改變結(jié)構(gòu)任何參數(shù)情況下實現(xiàn)該傳感器的動態(tài)可調(diào)。因此,該傳感器為電磁誘導(dǎo)反射超材料在THz領(lǐng)域內(nèi)的有機傳感、生物傳感提供了很好的研究思路。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 超材料 吸收器 電磁誘導(dǎo)反射 超敏感傳感器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71;TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 課題研究的目的和意義11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.3.1 石墨烯材料簡介12-14
• 1.3.2 THz超材料國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.3 基于石墨烯的可調(diào)諧THz超材料國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 石墨烯介電常數(shù)模型的建立21-25
• 2.1 CST微波工作室簡介21
• 2.2 仿真方法介紹21-23
• 2.3 石墨烯介電常數(shù)模型的建立23-25
• 第3章 基于石墨烯的可調(diào)諧THz吸收器研究25-31
• 3.1 引言25
• 3.2 吸收器結(jié)構(gòu)設(shè)計25-26
• 3.3 仿真結(jié)果分析26-29
• 3.4 吸收器工作原理介紹29
• 3.5 本章小結(jié)29-31
• 第4章 基于石墨烯互補結(jié)構(gòu)的動態(tài)可調(diào)諧電磁誘導(dǎo)反射器件研究31-39
• 4.1 引言31
• 4.2 電磁誘導(dǎo)反射超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計31-32
• 4.3 仿真結(jié)果分析32-38
• 4.3.1 電磁誘導(dǎo)反射過程及原理研究32-36
• 4.3.2 動態(tài)可調(diào)諧性研究36-38
• 4.4 本章小結(jié)38-39
• 第5章 基于石墨烯的可調(diào)諧THz傳感器研究39-46
• 5.1 引言39
• 5.2 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計39-42
• 5.3 仿真結(jié)果分析42-44
• 5.3.1 光刻膠厚度對傳感器敏感度的影響42
• 5.3.2 光刻膠折射率對傳感器敏感度的影響42-44
• 5.3.3 石墨烯費米能對傳感器敏感度的影響44
• 5.4 傳感器工作原理介紹44-45
• 5.5 本章小結(jié)45-46
• 結(jié)論46-47
• 參考文獻47-53
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文53-54
• 致謝54

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