基于石墨烯材料的光开关和路由器件的研究
发布时间：2021-04-12 05:43
由于信息科技的发展和进步,表面等离子体器件已经成为国内外学术领域的重要研究方向和热点,基于此实现光开关功能更是受到人们的关注。早期的研究一般用金属/介质波导,但是较差的动态可调控性限制了它们在光开关方面的发展和应用。石墨烯因其灵活的可调谐性和对光的高约束特性引起了人们极大的关注。本文研究了基于石墨烯材料实现的光开关器件和光路由器件,并详细研究了它们的性质,主要的研究内容如下:（1）提出一种新型石墨烯波导结构太赫兹光开关。基于石墨烯材料设计并优化了不同波导结构,实现THz波在石墨烯波导中的高效传输及操控。THz波从石墨烯波导左端进行入射,与石墨烯波导相互耦合并产生能够在波导上传输的表面等离子体波。我们通过在石墨烯波导特定输出通道设置合适的偏置电压,调整该输出通道的石墨烯化学势,从而可以控制THz波在该输出通道的导通及中断,并且也能够实现输入能量从输入端传输到特定的输出端。（2）提出一种主动可控Fano共振太赫兹光开关。基于石墨烯双开口环结构,平面波垂直入射到具有不同参量的结构,研究其共振特性及相应的共振波长,优化调整结构参数,实现Fano共振。我们通过对磁场分布的分析,研究了产生Fano...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太赫兹波在电磁波谱中的位置
图 1.2 太赫兹波的应用(a)军事应用；(b)和(c)安全检测；(d)通信应用2 Applications of terahertz waves (a) military applications; (b) and (c) security de(d) communications applications.雷达领域，主要是利用太赫兹波具有的高分辨率。太赫兹辐射具有波长及更高的时间精度，因此使用太赫兹雷达对目标进行敏感检测基于太赫兹波实现的雷达应用可以探测比微波雷达更小的目标、实位。在远程军事目标检测、显示前方烟雾中的坦克、远距离成像、方面有重要的应用。太赫兹雷达发射的太赫兹脉冲包含了丰富的频飞行物体的吸波涂层失去作用。太赫兹波具有非常宽的频谱，可工技术所能对抗的波段之外，因此它能探测隐身目标，获得隐身飞机赫兹波技术常被用于安全检查方面。利用安全检查应该说是现阶段THz 技术，它的本质原理是 THz 成像[7-10]。由于 THz 射线的穿透性
可以提供接近 10GB/s 的无线传输速率，使用太赫兹通信能够很大程度上改进现有的无线通讯速度[26-28]。其次，太赫兹波束更窄，具有极高的方向性、更好的保密性、较强抗干扰和云雾及伪装物穿透能力，可以在大风、沙尘以及浓烟等恶劣的战场环境下以极高的带宽进行定向、高保密甚至明码军事通信。虽然太赫兹波有众多优越的特性以及广泛的应用前景，但是从太赫兹技术的发展来看，太赫兹技术发展的时间较晚，所以其发展与其他光学波段相比还存在不足，导致基于太赫兹技术的功能性器件还很稀缺或者价格昂贵[11]。现在，随着越来越多的学者关注到太赫兹领域，太赫兹领域越来越多特定功能的器件被研究，例如在光通信领域中对光开关以及路由器的研究[29-31]。之前其他学者研究的都是基于金属结构在太赫兹波段的光开关，但是较差的动态可调控性限制了它们在光开关方面的发展和应用。石墨烯材料的出现打破了这一局限性而受到人们极大的关注，于是基于石墨烯材料实现的太赫兹光开关功能器件层出不穷。1.3 石墨烯太赫兹光开关简介1.3.1 石墨烯简介
本文编号：3132736
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太赫兹波在电磁波谱中的位置
图 1.2 太赫兹波的应用(a)军事应用；(b)和(c)安全检测；(d)通信应用2 Applications of terahertz waves (a) military applications; (b) and (c) security de(d) communications applications.雷达领域，主要是利用太赫兹波具有的高分辨率。太赫兹辐射具有波长及更高的时间精度，因此使用太赫兹雷达对目标进行敏感检测基于太赫兹波实现的雷达应用可以探测比微波雷达更小的目标、实位。在远程军事目标检测、显示前方烟雾中的坦克、远距离成像、方面有重要的应用。太赫兹雷达发射的太赫兹脉冲包含了丰富的频飞行物体的吸波涂层失去作用。太赫兹波具有非常宽的频谱，可工技术所能对抗的波段之外，因此它能探测隐身目标，获得隐身飞机赫兹波技术常被用于安全检查方面。利用安全检查应该说是现阶段THz 技术，它的本质原理是 THz 成像[7-10]。由于 THz 射线的穿透性
可以提供接近 10GB/s 的无线传输速率，使用太赫兹通信能够很大程度上改进现有的无线通讯速度[26-28]。其次，太赫兹波束更窄，具有极高的方向性、更好的保密性、较强抗干扰和云雾及伪装物穿透能力，可以在大风、沙尘以及浓烟等恶劣的战场环境下以极高的带宽进行定向、高保密甚至明码军事通信。虽然太赫兹波有众多优越的特性以及广泛的应用前景，但是从太赫兹技术的发展来看，太赫兹技术发展的时间较晚，所以其发展与其他光学波段相比还存在不足，导致基于太赫兹技术的功能性器件还很稀缺或者价格昂贵[11]。现在，随着越来越多的学者关注到太赫兹领域，太赫兹领域越来越多特定功能的器件被研究，例如在光通信领域中对光开关以及路由器的研究[29-31]。之前其他学者研究的都是基于金属结构在太赫兹波段的光开关，但是较差的动态可调控性限制了它们在光开关方面的发展和应用。石墨烯材料的出现打破了这一局限性而受到人们极大的关注，于是基于石墨烯材料实现的太赫兹光开关功能器件层出不穷。1.3 石墨烯太赫兹光开关简介1.3.1 石墨烯简介
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