本文關(guān)鍵詞：石墨烯輔助的波導(dǎo)傳輸特性和傳感應(yīng)用研究

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【摘要】：波導(dǎo)是一種重要的傳輸線,光頻段和微波頻段的波導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟,而紅外和太赫頻段的波導(dǎo)技術(shù)相對(duì)空白。近年來(lái),石墨烯由于其優(yōu)異的性能,可以作為紅外和太赫頻段電磁波波導(dǎo)材料而成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。石墨烯波導(dǎo)的原理是利用石墨烯激發(fā)紅外和太赫茲頻段的表面等離子體激元(一種表面波),實(shí)現(xiàn)電磁波沿著石墨烯表面?zhèn)鬏敗２▽?dǎo)形狀,石墨烯的材料參數(shù)等因素都會(huì)對(duì)波傳輸產(chǎn)生影響。因此,研究石墨烯波導(dǎo)的傳輸特性對(duì)石墨烯波導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)和利用具有非常重要的意義。本文主要研究條帶形和圓環(huán)形石墨烯波導(dǎo)的傳輸特性,并利用石墨烯波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)分子傳感。具體內(nèi)容如下：1.分析了三種條帶形石墨烯波導(dǎo)的傳輸特性。從推導(dǎo)色散關(guān)系著手,分析了單層石墨烯帶、雙層石墨烯帶和加載介質(zhì)的石墨烯帶波導(dǎo)的傳輸特性和模式特性。單層、雙層石墨烯帶波導(dǎo)中都存在波導(dǎo)模和邊緣模。對(duì)稱的雙層石墨烯帶由于存在耦合效應(yīng),會(huì)出現(xiàn)對(duì)稱模與反對(duì)稱模。加載介質(zhì)石墨烯波導(dǎo)的介質(zhì)帶寬度會(huì)對(duì)其傳輸特性產(chǎn)生很大影響。2.分析了圓環(huán)形石墨烯波導(dǎo)的傳輸特性。簡(jiǎn)要介紹單層石墨烯波導(dǎo)的傳輸特性,模式特性,其模式的場(chǎng)分布沿著圓周呈駐波樣分布。重點(diǎn)研究雙層圓環(huán)石墨烯波導(dǎo)的傳輸特性,推導(dǎo)出了其波導(dǎo)模的色散關(guān)系并求解,與數(shù)值仿真結(jié)果高度一致；分析了圓環(huán)半徑、費(fèi)米能級(jí)和耦合距離對(duì)模式、波導(dǎo)性能和模式截止特性的影響；利用雙層石墨烯帶彎曲后對(duì)模式局域特性影響很小的原理,結(jié)合波傳輸條件推導(dǎo)出了雙層石墨烯圓環(huán)高階模截止頻率與半徑關(guān)系的解析模型,并求解,然后仿真驗(yàn)證了解析結(jié)果的正確性。3.基于強(qiáng)電磁場(chǎng)與物質(zhì)相互作用傳感的思想,以雙層圓環(huán)石墨烯波為平臺(tái)設(shè)計(jì)出了一種傳感模型,以酒精和甲苯分了為例,證明了該模型可被用于寬帶和高靈敏度的分子檢測(cè)；最后基于同樣的傳感思想,設(shè)計(jì)了一種凹槽深度漸變型褶皺金屬結(jié)構(gòu)波導(dǎo),分析了其傳輸特性,并利用該波導(dǎo)進(jìn)行對(duì)酒精和甲苯分子進(jìn)行檢測(cè),證明了其寬帶特性,且與石墨烯分子傳感器進(jìn)行了比較。對(duì)石墨烯波導(dǎo)傳輸特性和傳感應(yīng)用的分析,有助于我們深入了解波在石墨烯表面的傳輸機(jī)理,為我們?cè)O(shè)計(jì)、利用石墨烯波導(dǎo)器件和下一步的實(shí)驗(yàn)工作提供了理論指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 表面等離子體激元 傳感 波導(dǎo)
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN814;O613.71
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-13
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 石墨烯的概念9-10
• 1.3 石墨烯的電學(xué)特性10-12
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)12-13
• 第二章 條帶形石墨烯的傳輸特性13-29
• 2.1 單層石墨烯帶波導(dǎo)13-18
• 2.2 雙層石墨烯帶波導(dǎo)18-22
• 2.3 加載介質(zhì)的石墨烯帶波導(dǎo)22-29
• 第三章 圓環(huán)形石墨烯波導(dǎo)的傳輸特性29-43
• 3.1 單層圓環(huán)形石墨烯波導(dǎo)29-31
• 3.2 雙層圓環(huán)形石墨烯波導(dǎo)31-43
• 第四章 石墨烯輔助的波導(dǎo)的分子傳感應(yīng)用43-51
• 4.1 基于雙層圓柱形石墨烯波導(dǎo)的傳感器43-45
• 4.2 深度漸變型褶皺金屬結(jié)構(gòu)分子傳感器45-51
• 第五章 總結(jié)與展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-56
• 攻讀碩士期間完成的科研成果56-57
• 致謝57-58

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本文編號(hào)：863114