近年來,石墨烯的應(yīng)用越來越廣泛,石墨烯電池、石墨烯折疊屏及石墨烯光學器件在市面上更加常見。石墨烯可在太赫茲和中紅外波段激發(fā)表面等離子激元,所以基于石墨烯的光學調(diào)制器、由石墨烯所構(gòu)成的天線陣列、石墨烯吸收器等都取得了一定的研究成果。太赫茲波可廣泛的應(yīng)用在醫(yī)療器械、安全檢查和軍事方面,因此石墨烯在太赫茲波段的應(yīng)用具有一定的實用價值。本文主要研究了基于石墨烯的太赫茲吸收器的設(shè)計與特性分析,分別提出了基于石墨烯的窄帶吸收器和基于石墨烯的寬帶吸收器。對于窄帶吸收器仿真結(jié)果證明,改變結(jié)構(gòu)參數(shù),吸收率可高達99.99%,達到了完美吸收特性。該吸收器結(jié)構(gòu)是高度對稱的,所以具有極化不敏感和大角度吸收特性。更重要的是,可在不改變吸收器結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下,改變石墨烯化學勢來動態(tài)調(diào)控吸收效率和帶寬。但吸收器的帶寬在理想狀態(tài)下只有2.22 THz,為進一步擴大應(yīng)用帶來了阻礙。接著,提出了基于石墨烯超材料的斜8字型超寬帶吸收器和階梯型超寬帶吸收器。由于具有周期性的單元結(jié)構(gòu),所以該超材料吸收器的帶寬足夠?qū)?且容易實現(xiàn)完美的吸收特性。由仿真結(jié)果可看出,斜8字型吸收器具有高達7.4 THz的超高帶寬,這一優(yōu)點使其在太赫茲... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

太赫茲波在電磁波譜中的分布

蘭州大學碩士學位論文基于石墨烯的太赫茲吸收器結(jié)構(gòu)設(shè)計與特性分析研究3然界中左手材料尚未被發(fā)現(xiàn)。圖1-3代表電磁波的電場E、磁場H、波矢K形成的左右手關(guān)系，圖中S代表能流密度。圖1-2材料的分類圖1-3各類材料中K與S的關(guān)系(a)左手材料：電場E、磁場H與波矢K是左手關(guān)系，K與S反向(b)右手材料：電場E、磁場H與波矢K是右手關(guān)系，K與S同向雖然天然的左手材料在自然界中不存在，但只要合理設(shè)計單元結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為負值，即可實現(xiàn)該種材料的設(shè)計與制作。圖1-4表示了左手材料中電磁波的傳播路徑，可看出電磁波發(fā)生了反常折射。1999年，英國物理學家JohnPendry等人成功實現(xiàn)了左手材料的制備[10]。他們所設(shè)計的三維晶格結(jié)構(gòu)是由非常細的金屬線組成，該晶格結(jié)構(gòu)不僅能明顯降低結(jié)構(gòu)的電子密度還能有效利用導(dǎo)線之間的自感現(xiàn)象增加電子質(zhì)量。2001年，美國杜克大學Smith團隊設(shè)計出了介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同為負值的左手材料，該種材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1-5所示，它由開口諧振環(huán)與金屬導(dǎo)線組成，其中開口諧振環(huán)由銅線構(gòu)成，且結(jié)

蘭州大學碩士學位論文基于石墨烯的太赫茲吸收器結(jié)構(gòu)設(shè)計與特性分析研究3然界中左手材料尚未被發(fā)現(xiàn)。圖1-3代表電磁波的電場E、磁場H、波矢K形成的左右手關(guān)系，圖中S代表能流密度。圖1-2材料的分類圖1-3各類材料中K與S的關(guān)系(a)左手材料：電場E、磁場H與波矢K是左手關(guān)系，K與S反向(b)右手材料：電場E、磁場H與波矢K是右手關(guān)系，K與S同向雖然天然的左手材料在自然界中不存在，但只要合理設(shè)計單元結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為負值，即可實現(xiàn)該種材料的設(shè)計與制作。圖1-4表示了左手材料中電磁波的傳播路徑，可看出電磁波發(fā)生了反常折射。1999年，英國物理學家JohnPendry等人成功實現(xiàn)了左手材料的制備[10]。他們所設(shè)計的三維晶格結(jié)構(gòu)是由非常細的金屬線組成，該晶格結(jié)構(gòu)不僅能明顯降低結(jié)構(gòu)的電子密度還能有效利用導(dǎo)線之間的自感現(xiàn)象增加電子質(zhì)量。2001年，美國杜克大學Smith團隊設(shè)計出了介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同為負值的左手材料，該種材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1-5所示，它由開口諧振環(huán)與金屬導(dǎo)線組成，其中開口諧振環(huán)由銅線構(gòu)成，且結(jié)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]二維材料光電探測器的研究進展[J]. 張恒康,冀婷,李國輝,韓娜,王英奎,王文艷,郝玉英,崔艷霞.  半導(dǎo)體技術(shù). 2020(01)
[2]石墨烯材料的制備及應(yīng)用進展[J]. 王晨光.  當代化工研究. 2017(07)
[3]太赫茲技術(shù)及其在生物醫(yī)學工程中的應(yīng)用[J]. 侯海燕,符志鵬,李光大,楊建英,麻開旺.  生物醫(yī)學工程學進展. 2015(02)
[4]基于光學傳輸矩陣的太赫茲時域光譜分析[J]. 方賀男,陶志闊.  發(fā)光學報. 2014(11)
[5]石墨烯制備和應(yīng)用中的表面科學與技術(shù)[J]. 董世運,徐濱士,王玉江,魏世丞.  中國表面工程. 2013(06)
[6]太赫茲通信技術(shù)的研究與展望[J]. 姚建銓,遲楠,楊鵬飛,崔海霞,汪靜麗,李九生,徐德剛,丁欣.  中國激光. 2009(09)
[7]奇妙的左手材料[J]. 徐耿釗,張偉華,朱星.  物理. 2004(11)

博士論文
[1]新型太赫茲參量源研究[D]. 王偉濤.山東大學 2015
[2]石墨烯表面等離激元濾波器的研究[D]. 盛世威.山東大學 2015
[3]太赫茲波的產(chǎn)生及其對太赫茲波進行三維探測的研究[D]. 李璐杰.南開大學 2013



本文編號：3266041