太赫兹频段石墨烯吸收器的电磁特性仿真

发布时间：2020-06-06 12:12

【摘要】：石墨烯是一种具有六角形碳原子的新型材料,其优越的物理和化学特性,使得其受到很多关注和被大量研究。石墨烯的出现,能帮助电子器件性能进一步提升。此时,对它们进行精确数值建模和仿真有着重要的工程意义。时域有限差分法(FDTD)是一种成熟的数值算法。目前,对FDTD法研究主要集中在新的求解方式,如无稳定条件的交替方向隐格式时域有限差分(ADI-FDTD)法及弱稳定条件的混合显隐式时域有限差分法(HIE-FDTD)等。FDTD法存在Courant-Friedrich-Levy(CFL)稳定性条件的限制,在解决例如石墨烯仿真的问题时,因为网格被剖分的越来越精细,时间步长的选取需要大大减小,时间步数随之增加导致计算时间显著增加。这使得应用FDTD法分析石墨烯薄层非常困难。本文的研究基于HIE-FDTD法,利用石墨烯的表面电导率模型通过辅助差分方程引入电流密度,有效地耦合到HIE-FDTD方法中。首先,介绍了传统FDTD法,包括稳定性、数值色散特性和边界条件等问题。其次,通过详细推导了HIE-FDTD法的公式,解决了实际仿真中的关键理论问题。介绍了石墨烯的电导率模型,应用辅助差分方程(ADE)方法将石墨烯的电导率结合到HIE-FDTD公式中,获得色散HIE-FDTD法的迭代公式,降低了算法复杂度。在该方法中,时间步长大小不受石墨烯层中剖分网格大小的限制,使得计算效率大大提高。最后,将色散HIE-FDTD方法应用在太赫兹频段的石墨烯器件研究上,有效仿真了石墨烯吸收体,通过改变石墨烯结构的相关参数,得到石墨烯电磁响应。本文对所提出算法的正确性和计算效率进行了验证,为器件的模拟分析提供了理论基础。
【图文】：

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第一章绪论状墨烯被英国科学家 Andre Geim 和 Konstantin N型如图 1.1 所示，，其本身具有的优良的电学特使得其在诸如天线和微波器件、柔性电子器设计中深得工程师们的喜爱，尤其是 5G 商用开始呈现爆炸性的增长。目前世界上有许多。

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墨烯被英国科学家 Andre Geim 和 Konstantin N型如图 1.1 所示，其本身具有的优良的电学特使得其在诸如天线和微波器件、柔性电子器设计中深得工程师们的喜爱，尤其是 5G 商用开始呈现爆炸性的增长。目前世界上有许多。图 1.1 石墨烯结构Fig.1.1 Schematic diagram of graphene structure
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O441;TQ127.11

【参考文献】