基于石墨烯太赫茲超材料的研究與設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2021-04-13 06:49
近年來(lái)太赫茲超材料在光通信、生物醫(yī)學(xué)、高精度成像等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。但是國(guó)內(nèi)外太赫茲超材料大多存在性能低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不可調(diào)諧等缺點(diǎn),本論文以新型二維材料石墨烯來(lái)代替貴金屬,研究了石墨烯超材料的物理機(jī)制,設(shè)計(jì)出了高性能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可調(diào)諧的太赫茲超材料。本論文的主要研究工作如下:(1)設(shè)計(jì)了基于石墨烯的可調(diào)寬帶太赫茲吸收器。本論文通過(guò)對(duì)石墨烯表面等離子體效應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)控,實(shí)現(xiàn)了帶寬達(dá)4.8 THz的超寬太赫茲吸收器,該吸收器在3-7.8 THz的寬帶頻率范圍內(nèi)的平均吸收率達(dá)96.7%。吸收器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,不依賴復(fù)雜圖案化的石墨烯。另外,該吸收器具有靈活可調(diào)性,在此工作頻段內(nèi),通過(guò)外加電壓對(duì)石墨烯費(fèi)米能級(jí)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),該結(jié)構(gòu)可以在工作波段實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)效應(yīng):從開(kāi)的狀態(tài)(吸收率>90%)至關(guān)的狀態(tài)(反射率>90%)。(2)設(shè)計(jì)了基于多層石墨烯的可調(diào)電磁誘導(dǎo)透明器件。石墨烯之間的耦合效應(yīng)產(chǎn)生了透明透射窗口,通過(guò)外加電壓對(duì)石墨烯費(fèi)米能級(jí)的動(dòng)態(tài)調(diào)諧,透明窗口可以得到不同深度的調(diào)制,在特定頻率處可以實(shí)現(xiàn)透明窗口的開(kāi)關(guān)效應(yīng)和類電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)(EIT)。另外,該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)太赫茲波段的慢光調(diào)控效...
【文章來(lái)源】:北京郵電大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】:58 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
圖1-1左手超材料照片(LHM)樣品[13]??
1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀??1.3.1新型材料石墨烯??石墨烯作為一種具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維材料,其結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所??示。石墨烯不僅在光電學(xué)、力學(xué)等方面有出色的特性另外,石墨烯在電??場(chǎng)、磁場(chǎng)、柵極電壓和化學(xué)摻雜等因素控制下的表面電導(dǎo)率可調(diào),石墨烯己成??為最有前途的材料之一。石墨烯的主要特性如下:??(1)
太赫茲吸收器可用做隱身材料的制作,在國(guó)防和軍事領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用價(jià)??值。在2008年,H.Tao_等人設(shè)計(jì)并加工制作出了第一個(gè)太赫茲超材料吸收??器。如圖1-3所示,??(a)?(b)?(c)??ral?n?in??y?ii?處?I??E,x?E,?\?▲??T?_?K??圖1-3太赫茲吸收器結(jié)構(gòu)圖(a)聚酰亞胺墊片頂部的諧振器(b)砷化鎵晶片上橫向金屬條??(c)入射電磁波傳播方向的單元結(jié)構(gòu)[22]??吸收器的單個(gè)單元由兩個(gè)不同的金屬元件組成:電環(huán)諧振器如圖l-3(a)和條形??金屬如圖l-3(b)。電環(huán)諧振器由兩個(gè)背靠背的單開(kāi)口環(huán)組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,??該太赫茲吸收器在1.3?THz下實(shí)現(xiàn)了高達(dá)70%的吸收率。2009年,D.YuP3].等??人提出了一種魚(yú)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的太赫茲吸收器,魚(yú)網(wǎng)結(jié)構(gòu)由交替的金屬層和具有矩形??開(kāi)口的介電層組成。該太赫茲吸收器實(shí)現(xiàn)了近乎完全吸收的吸收率,且受入射??光極化方向和入射角方向影響極小。以上太赫茲吸收器實(shí)現(xiàn)的是單頻帶的窄帶??吸收器,由于器件對(duì)寬帶吸收的要求,研究人員開(kāi)始實(shí)現(xiàn)寬帶完美吸收的吸收??器
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]太赫茲波譜與成像技術(shù)[J]. 郭瀾濤,牧凱軍,鄧朝,張振偉,張存林. 紅外與激光工程. 2013(01)
[2]表面等離子體亞波長(zhǎng)光學(xué)原理和新穎效應(yīng)[J]. 顧本源. 物理. 2007(04)
本文編號(hào):3134831
【文章來(lái)源】:北京郵電大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】:58 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
圖1-1左手超材料照片(LHM)樣品[13]??
1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀??1.3.1新型材料石墨烯??石墨烯作為一種具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維材料,其結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所??示。石墨烯不僅在光電學(xué)、力學(xué)等方面有出色的特性另外,石墨烯在電??場(chǎng)、磁場(chǎng)、柵極電壓和化學(xué)摻雜等因素控制下的表面電導(dǎo)率可調(diào),石墨烯己成??為最有前途的材料之一。石墨烯的主要特性如下:??(1)
太赫茲吸收器可用做隱身材料的制作,在國(guó)防和軍事領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用價(jià)??值。在2008年,H.Tao_等人設(shè)計(jì)并加工制作出了第一個(gè)太赫茲超材料吸收??器。如圖1-3所示,??(a)?(b)?(c)??ral?n?in??y?ii?處?I??E,x?E,?\?▲??T?_?K??圖1-3太赫茲吸收器結(jié)構(gòu)圖(a)聚酰亞胺墊片頂部的諧振器(b)砷化鎵晶片上橫向金屬條??(c)入射電磁波傳播方向的單元結(jié)構(gòu)[22]??吸收器的單個(gè)單元由兩個(gè)不同的金屬元件組成:電環(huán)諧振器如圖l-3(a)和條形??金屬如圖l-3(b)。電環(huán)諧振器由兩個(gè)背靠背的單開(kāi)口環(huán)組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,??該太赫茲吸收器在1.3?THz下實(shí)現(xiàn)了高達(dá)70%的吸收率。2009年,D.YuP3].等??人提出了一種魚(yú)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的太赫茲吸收器,魚(yú)網(wǎng)結(jié)構(gòu)由交替的金屬層和具有矩形??開(kāi)口的介電層組成。該太赫茲吸收器實(shí)現(xiàn)了近乎完全吸收的吸收率,且受入射??光極化方向和入射角方向影響極小。以上太赫茲吸收器實(shí)現(xiàn)的是單頻帶的窄帶??吸收器,由于器件對(duì)寬帶吸收的要求,研究人員開(kāi)始實(shí)現(xiàn)寬帶完美吸收的吸收??器
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]太赫茲波譜與成像技術(shù)[J]. 郭瀾濤,牧凱軍,鄧朝,張振偉,張存林. 紅外與激光工程. 2013(01)
[2]表面等離子體亞波長(zhǎng)光學(xué)原理和新穎效應(yīng)[J]. 顧本源. 物理. 2007(04)
本文編號(hào):3134831
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