基于石墨烯的太赫兹吸波器件研究

发布时间：2020-07-15 14:48

【摘要】：石墨烯作为一种二维碳材料,因其特殊的光学、电学和机械性质受到了许多研究学者的关注。尤其是在太赫兹材料领域内,石墨烯特殊的能带结构和优良的表面等离子体特性如低损耗、高约束和灵活的可调性,使得石墨烯成为太赫兹吸波器件的理想研究材料。完美吸波器是通过对器件的结构进行设计,使得入射的电磁波完全耗散在器件中,没有透射和反射实现对电磁波近100%的吸收。本文研究了基于石墨烯的太赫兹吸波器,主要内容如下:首先介绍了太赫兹技术和石墨烯的基本特性,接着围绕着石墨烯可调的电导率和石墨烯表面等离子体及其激发方式做了详细的叙述和总结,最后介绍了电磁仿真常用的数值计算方法。其次,在上述理论的基础上用二维仿真分析了基于石墨烯条带和连续型石墨烯的窄带吸收性能。依次分析了基于连续型石墨烯的单频带吸波器、基于单层石墨烯条带的双频带吸波器和石墨烯条带与连续型石墨烯相结合的双频带吸波器,分别分析了器件的几何参数和石墨烯的化学势对吸波器件吸收性能的影响。数值计算结果表明,所提出的吸波器件在太赫兹频段内的吸收效率均在95%以上。最后,本文用三维仿真分析了基于石墨烯的宽带太赫兹吸波器,利用两层不同尺寸的十字形石墨烯实现了吸收带宽的拓宽。先对单层图案化的石墨烯层进行了分析,通过有限元法计算得知,单层十字形石墨烯情况下,90%以上吸收效率的带宽为1.13太赫兹,当叠加两层时,吸收带宽提高了一倍左右。除此之外,还对不同入射角度和不同的石墨烯化学势下的吸收性能做了详细的讨论。仿真结果表明,基于十字形石墨烯的吸波器件具有宽角度、宽带宽和灵活的可调特性。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;O441.4
【图文】：

图 1.1 电磁波谱中太赫兹波的位置太赫兹波的特有性质，太赫兹技术在许多领域给人们的生活极大的影响，如：医学领域、安全检查领域、通信领域以及。由 THz 频率可知，THz 的波长短，频率高，所以其探测

图 1.2 石墨烯结构示意图Graphene）是由单层 C 原子构成的二维蜂窝状晶，每个经过 sp2杂化的 C 原子与其周围的 C 原子组方式相结合，其六边形单元结构就像一个苯环。单

图 1.3 石墨烯能带结构示意图石墨烯优良特性，使其在很多领域有着广泛的墨烯制备工艺的快速发展。自从石墨烯首次用内外的许多相关研究学者也陆续提出许多新的

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本文编号：2756633