石墨烯超材料层状结构的宽带完美吸收

发布时间：2020-07-05 10:03

【摘要】：石墨烯自2004年被证明在自然界中可以稳定存在以来,由于其特殊的结构以及良好的性能,得到了研究者们的广泛关注。石墨烯可以在太赫兹波段产生表面模式,在太赫兹吸收器件的制造方面拥有巨大的优势。但是由于太赫兹波段的特殊性,传统的光学器件很难在该波段得到响应。近些年的许多研究都表明,人造超材料利用导体薄膜表面载流子的振荡,可以很好地吸收太赫兹波。这对光学、电磁学的研究具有重大意义。另外石墨烯在太赫兹波段的吸收性能优于普通金属,这就使得基于石墨烯超材料的研究成为了电磁学领域的热点。本文开展基于石墨烯超材料电磁吸收理论的研究,主要内容如下:1.提出了一种基于石墨烯超材料级联结构的吸收体。基于Igor等人设计的石墨烯超材料板,采用级联的方式来进行带宽的展宽。当入射角度固定为π/4时,将拥有不同完美吸收带的超材料板进行交替级联放置,两块不同超材料板中间空气层的厚度也经过了合理的设计。研究发现超材料板放置5层时,完美吸收波长的带宽有了较大程度上的展宽,之后用COMSOL仿真软件对结果进行了数值验证。考虑到器件的结构规模,本文只讨论到5层级联的情况。入射波长固定为4.35μm时,也采用了不同的石墨烯材料板(非完美吸收)进行级联,同样通过合理的设计,可以达到在入射角为-67°到67°的范围内,吸收率均在0.8以上的大角度高吸收的目标。2.提出了一种基于石墨烯超材料板复合结构的吸收体。该复合结构由上层石墨烯超材料层、中层空气层和底层金属反射层(金属为银)组成。通过分析单层石墨烯超材料板中各个参数对电磁吸收的影响,对结构参数进行合理选择。通过仿真计算发现,当入射角固定为π/4时,入射波长在0.1-6μm内吸收率均达到了0.8以上。另外入射波长为3.5μm时,入射角从-60°到60°的范围内吸收率也均可以达到0.9以上。在高吸收率的条件下,实现了波长带宽与角度带宽同时扩展的目标。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;O441
【图文】：

谐振结构,吸收体,间隔物

较低的太赫兹频率下主动调节吸收可以高达 15％，而且不会降低接变石墨烯费米能级，偏振方位角从器和热发射器等[43]。rande 等人设计了一个利用导模共振中间放置厚介质层，最下层是反射用无损间隔物和理想反射镜时可以墨烯的吸收率增加了 40 倍。同时过调节间隔物厚度将吸收率控制金属镜和单层石墨烯相接触来调整为 1μm，体现了结构的紧凑型，这人在固定入射波长的条件下，研究度不敏感光学吸收器提供了新的

层状结构,介电常数,周期性,材料

心思想在于将麦克斯韦方程转化为矩阵形式，一个位置的递矩阵与其他位置的电场或磁场相关联，通过单层界面上导得到整体结构的场强关系。在传递矩阵方法的框架内，输矩阵，另一种是传播矩阵。传输矩阵是通过接口连接场质内传播一段距离后连接场。在接下来的石墨烯超材料板方法来计算超材料板的反射、透射、吸收。材料层状结构的电磁特性分析方法理论有随机电子能带结构的平板波导映射成为具有相同光学，推导了等效介质方法来研究这种平板结构的光学性质（的超材料）。该理论被用于研究多种基于石墨烯的超材料（无可变参数）中与实验结果很好地照应起来。

【参考文献】