基于石墨烯表面等离子体的太赫兹器件的研究

发布时间：2017-12-21 09:08

  本文关键词：基于石墨烯表面等离子体的太赫兹器件的研究　出处：《中国计量学院》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 表面等离子体激元 石墨烯 波导 超材料 太赫兹

【摘要】：近年来,石墨烯由于其突出的电子、机械和光学等性质受到了越来越多的关注。尤其是石墨烯在太赫兹波段可以支持表面等离子体激元,这在理论和实验中都得到了验证。相比于其他金属材料,石墨烯表面等离子体(GSP)具有更强的约束能力和更低的损耗,最重要的是石墨烯的性质还可以通过施加外部电压去调控。本论文将从以下三个部分展开:首先介绍了石墨烯的参数特性,这里主要讨论了石墨烯的电导率和其相对介电常数。我们还介绍了在太赫兹波段,石墨烯电可调性实现的方法以及GSP的两种激发方式。基于以上的理论基础,本文首先提出了基于太赫兹波段的石墨烯表面等离子体波导,由金属/二氧化硅/石墨烯所构成。通过有限元算法计算得到,该波导的本征模式完美地约束在中间的二氧化硅芯层中,具有出色的约束能力和可控的传输损耗,并且我们提出的波导结构不需要弯曲、折叠这样维持了石墨烯原有的优良性质。我们分析了等效模式系数Re(neff)和归一化的衰减常数Im(neff)随结构参数和化学势能的变化,说明我们提出的波导结构的性质不仅可以通过几何参数去调节还可以通过外加电压去调节,体现了石墨烯的可调控性。除了在太赫兹频段可以实现表面等离子体波导外,石墨烯还可以实现超材料结构。因此本文最后提出了四种石墨烯超材料结构。首先我们提出了不同的石墨烯超材料图案,分别是微米带、十字形结构和圆盘结构。经仿真分析,石墨烯微米带相当于一个谐振器,并且我们可以用Fabry-Perot模型去预测峰值位置,石墨烯的十字形和圆盘结构的谐振性质是与极化方向无关的,这为我们以后设计开关、调制器和易于可调的吸波结构提供了很好的想法。最后,我们提出了一种基于石墨烯的可调的完美吸波结构,该结构由金属/介质/石墨烯/介质/金属(MIGIM)所构成。在太赫兹波段其吸波效率可以达到98%以上,并且其吸波性质不仅可以通过几何参数来调节还可以用外部电压去调控。
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;O53

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本文编号：1315492