本文選題：石墨烯 + 表面等離子體波　； 參考：《中國(guó)計(jì)量學(xué)院》2015年碩士論文

【摘要】：石墨烯材料具有穩(wěn)定、高強(qiáng)度、高電導(dǎo)率等優(yōu)良的物理特性,而且擁有零帶隙的能帶結(jié)構(gòu),因此可通過(guò)改變載流子濃度達(dá)到調(diào)節(jié)石墨烯電導(dǎo)率的目的。在一定條件下石墨烯可以支持表面等離子體波的傳輸,并可通過(guò)外加偏置電場(chǎng)來(lái)控制表面等離子體波的相關(guān)特性,這和傳統(tǒng)不可調(diào)的金屬材料相比是一巨大優(yōu)勢(shì)�；谝陨铣霰姷奶匦�,石墨烯成為設(shè)計(jì)可調(diào)器件的理想材料。本文研究了石墨烯表面等離子體波的色散特性,著重研究通過(guò)電場(chǎng)偏置對(duì)石墨烯表面波的調(diào)節(jié)作用�；贛axwell方程組和石墨烯的邊界條件,對(duì)表面波進(jìn)行理論分析。通過(guò)理論推導(dǎo)得到TE、TM模式表面波存在的條件,并運(yùn)用色散方程計(jì)算兩種模式下表面波的約束特性和傳輸衰減。計(jì)算結(jié)果表明在石墨烯-二氧化硅-硅模型結(jié)構(gòu)上存在的TM表面波,在THz及紅外頻段內(nèi)具有較小的傳輸損耗,且具有良好的約束性即能將能量緊密的約束在石墨烯表面附近。以石墨烯等離子體波波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn),并結(jié)合石墨烯表面等離子體波的傳輸及電可調(diào)特性,設(shè)計(jì)基于石墨烯表面等離子體波波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器。首先設(shè)計(jì)了由單條石墨烯帶所構(gòu)成的調(diào)制器,本調(diào)制器通過(guò)不同的偏置電壓來(lái)獲得不同的傳輸衰減,從而達(dá)到調(diào)制的目的。該調(diào)制器具有28%的調(diào)制深度,并利用等效電路的方法計(jì)算得到該調(diào)制器的RC時(shí)延參數(shù)進(jìn)而獲得調(diào)制速率,該調(diào)制器3d B的調(diào)制帶寬可以達(dá)到45MHz。由于單條帶結(jié)構(gòu)調(diào)制器的調(diào)制深度并不理想,之后設(shè)計(jì)了由三條石墨烯帶所構(gòu)成的耦合結(jié)構(gòu)調(diào)制器,通過(guò)對(duì)耦合臂石墨烯帶添加調(diào)制信號(hào),來(lái)改變表面等離子體波的耦合效率和傳輸衰減,從而得到調(diào)制特性。采用耦合結(jié)構(gòu)之后對(duì)調(diào)制器的調(diào)制深度有非常大的提升,耦合結(jié)構(gòu)的調(diào)制器可以達(dá)到76%的調(diào)制深度,并具有40MHz的調(diào)制帶寬。
[Abstract]:Graphene materials have excellent physical properties such as stable, high strength and high conductivity, and have the energy band structure with zero band gap. Therefore, the conductivity of graphene can be adjusted by changing carrier concentration. Graphene can support surface plasma wave transmission under certain conditions and can control the characteristics of surface plasma wave by applying bias electric field. This is a great advantage over traditional unadjustable metal materials. Based on the above outstanding characteristics, graphene is an ideal material for the design of adjustable devices. In this paper, the dispersion characteristics of graphene surface plasma waves are studied, and the adjustment of graphene surface waves by electric field bias is emphasized. Based on the Maxwell equations and the boundary conditions of graphene, the surface wave is theoretically analyzed. The conditions for the existence of surface waves in Te-TM mode are obtained by theoretical derivation, and the constraint characteristics and propagation attenuation of surface waves in two modes are calculated by using dispersion equation. The results show that the TM surface wave in the graphene silica silicon model has a small transmission loss in the THz and infrared band, and has good constraint, that is, the energy can be tightly confined near the surface of graphene. A terahertz modulator based on graphene surface plasma wave waveguide structure is designed based on graphene plasma wave waveguide structure, combined with the transmission and electrically adjustable characteristics of graphene surface plasma wave. A modulator composed of a single graphene band is designed. The modulator obtains different transmission attenuation through different bias voltages, so as to achieve the purpose of modulation. The modulation depth of the modulator is 28%, and the RC delay parameter of the modulator is calculated by the equivalent circuit method, and the modulation rate is obtained. The modulation bandwidth of the modulator 3dB can reach 45MHz. Because the modulation depth of the single band structure modulator is not ideal, a coupled-structure modulator composed of three graphene bands is designed. The modulation signal is added to the graphene band of the coupling arm. In order to change the coupling efficiency and propagation attenuation of the surface plasma wave, the modulation characteristics are obtained. The modulation depth of the modulator is greatly improved with the coupling structure. The modulation depth of the modulator with the coupling structure can reach 76% and the modulation bandwidth of the 40MHz can be obtained.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ127.11;TN761

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本文編號(hào)：1948228