基于石墨烯电光特性的超材料太赫兹调制器的设计

发布时间：2021-06-09 02:16

　　随着太赫兹技术的快速发展,太赫兹技术在生物医学、传感、分子成像、无线通信等领域有着重要建树。然而在THz应用中对许多功能器件如THz开关、调制器、滤波器等器件性能要求很高。伴随着对超材料的深入研究,为上述器件的深入研究打开了一个新的窗户。超材料利用天然材料所不具备的负电磁参数和负折射率等超常电磁性质,可以对THz波产生强烈响应,为THz波段的功能器件研究提供了可能。石墨烯因为其具有极快的费米速度、常温下超高的载流子迁移率、光电性能、良好的光透明性;同时可以通过物理或化学方法来转换其载流子浓度,在THz波和石墨烯之间实现可控的相互作用。从而石墨烯在调控太赫兹波方面表现出优势。针对以上研究背景,本文利用人工超材料和石墨烯新型材料的结合,设计了太赫兹波调制器,主要包括以下内容:1.提出了一种基于图案化石墨烯的多频点动态可调太赫兹超材料调制器结构。使用石墨烯层-介质层-石墨烯层来实现在不改变几何结构的情况下,达到谐振频点数量的主动控制。通过给不同石墨烯层不同的偏置电压,得到不同的费米能级可以实现谐振频点由2个增加至4个,同时得到了 95%的调制深度。改变THz波的入射角度,得出调制器透射特性基... 

【文章来源】：云南大学云南省 211工程院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１太赫兹波在电磁波谱中的位置示意图⑴??

在自然界中广泛存在并且应用最多的一种元素一一碳元素。碳元素在自然界??中同时又存在多种同素异形体，是因为其之间的连接方式的不同，例如石墨、活性??炭、金刚石等。同时这些同素异形体之间的特性也是千差万别。近年来，随着科学??技术的不断进步，石墨烯（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）?［２４］的出现迅速成为行业热点。它的出现打破??了石墨烯无法单独存在的理论，是一种实际存在的结构。２００４年，Ｋ．Ｓ．?Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ??教授与Ａ．?Ｋ．?Ｇｅｒｍ教授第一次剥离出单层石墨烯［２５］。石墨烯是一种二维晶体，其厚??度仅为一个碳原子的厚度即０．３纳米，具有很好的结构稳定性。在己经发现的各??种材料中，石墨烯是最薄的。同时有着很好的导电性与高强度。上述有点的存在使??其拥有良好的应用市场前景。??石墨烯是一种二维六边形周期结构，零维的富勒烯可以由它旋转而成，一维的??碳纳米管或者三维的石墨也可以由其卷成或堆叠而成，因此石墨烯是组成其他石??墨材料的基本单元［２６］。??

图１．?３文献［３５］提出的调制器结构及结果图??２００８年，Ｏｌｉｖｅｒ?Ｐａｕｌ等人通过外加电压构建一种超材料结构实现了太赫兹??波的调制［３６］。如图１．４所示，他们通过分子束外延在Ｎ绝缘的ＧａＡｓ衬底上生长Ｎ??型掺杂的ＧａＡｓ层。同时为了改善ＧａＡｓ内的电转变，使用了由１５００ｎｍ厚的Ｓｉ掺??杂ＧａＡｓ层，２５０ｎｍ厚的线性梯度Ｓｉ掺杂ＧａＡｓ层组成的掺杂分布，接着是ｌＯＯｎｍ??厚的高Ｓｉ掺杂ＧａＡｓ顶层。超材料由在ｎ掺杂ＧａＡｓ层顶部制造的金交叉阵列组??成。实验表明，电子共振和交叉结构的传输特性可以通过外部施加的偏置电压进行??６??


本文编号：3219707