石墨烯超表面电磁特性及功能器件的研究

发布时间：2018-03-29 02:24

本文选题：石墨烯　切入点：超表面　出处：《桂林电子科技大学》2017年硕士论文

【摘要】：电磁超材料(Metamaterial)是由经特殊设计亚波长微纳结构单元经过合理的排布构成的新型人工材料,打破了传统材料固有的局限,能获得常规材料不具备或者难以实现的物理特性,为人们在微纳尺度上灵活操控电磁波提供有效的技术手段。超表面(Metasurface)是二维平面超材料,是超材料近年来最新的研究方向和重要分支。由于其具有微型化、平板可集成化等优点,已成为学术研究的热点。现有的金属超表面具有天然的欧姆损耗,且在器件成型后不能动态调节,难以满足在灵活调控电磁波方面的需求。寻求动态可控的超表面,扩大其应用范围,成为了学术界的研究焦点。近年来,学者们相继提出利用液晶、微波开关、微电机系统等其它具有可变电磁响应的材料和技术来动态操控电磁波的传播,但由于其存在系统复杂、调控范围窄等缺点,在一定程度上限制了器件应用范围。石墨烯拥有独特的光电特性,仅需通过调节费米能级就能灵活改变电磁参数,在动态电磁调控方面显示了巨大的潜能。石墨烯和超表面的完美结合无疑为动态电磁调控技术提供了新思路,为新型可控功能器件的研究与设计开辟了崭新的方向。本文围绕石墨烯超表面的电磁特性展开研究,着重对石墨烯超表面在可调谐功能器件中的应用进行研究,主要工作如下:(1)设计、研究了工作范围在20-40 THz的中红外波段的单频、双频线极化转换器。对于单频极化器而言,在22.541 THz处,该转换器的转换效率可达99.38%。对于双频极化器而言,当频率为30.47 THz和33.137 THz时,其转换效率分别达到96.31%和95.12%。通过改变石墨烯的费米能级,能在较宽频带范围内实现动态调节的同时保持较高的极化转换率。(2)设计、研究了工作于太赫兹频段的单频、双频和宽频带吸波器。利用不同尺寸超表面结构上下级联的方式,吸收率为90%以上的带宽相比于单层吸波器扩大了三倍。所设计的吸波器同样可以通过改变石墨烯的费米能级来实现频率的动态调控。同时,引入了表面电流及z向电场分布分析了其吸波机理。当TE与TM模式波以较大的斜入射角度入射时仍具有较高的吸收特性。此外,由于结构的对称性,该吸波器对电磁波的极化方式不敏感。
[Abstract]:Electromagnetic metamaterial ( Metamaterial ) is a new type of artificial material which is composed of specially designed sub - wavelength micro - nano structural unit , which breaks through the inherent limitation of traditional materials . It can be used to control electromagnetic waves flexibly .

【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ127.11;TB34

【参考文献】