基于石墨烯太赫兹超材料的研究与设计

发布时间：2021-04-13 06:49

　　近年来太赫兹超材料在光通信、生物医学、高精度成像等领域有着广泛的应用价值。但是国内外太赫兹超材料大多存在性能低、结构复杂、不可调谐等缺点,本论文以新型二维材料石墨烯来代替贵金属,研究了石墨烯超材料的物理机制,设计出了高性能、结构简单、可调谐的太赫兹超材料。本论文的主要研究工作如下:（1）设计了基于石墨烯的可调宽带太赫兹吸收器。本论文通过对石墨烯表面等离子体效应的动态调控,实现了带宽达4.8 THz的超宽太赫兹吸收器,该吸收器在3-7.8 THz的宽带频率范围内的平均吸收率达96.7%。吸收器结构相对简单,不依赖复杂图案化的石墨烯。另外,该吸收器具有灵活可调性,在此工作频段内,通过外加电压对石墨烯费米能级的动态调节,该结构可以在工作波段实现开关效应:从开的状态（吸收率>90%）至关的状态（反射率>90%）。（2）设计了基于多层石墨烯的可调电磁诱导透明器件。石墨烯之间的耦合效应产生了透明透射窗口,通过外加电压对石墨烯费米能级的动态调谐,透明窗口可以得到不同深度的调制,在特定频率处可以实现透明窗口的开关效应和类电磁诱导透明效应（EIT）。另外,该结构能够实现太赫兹波段的慢光调控效... 

【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１左手超材料照片（ＬＨＭ）样品［１３］??

１．３国内外研究现状??１．３．１新型材料石墨烯??石墨烯作为一种具有蜂窝状晶格结构的二维材料，其结构图如图１－２所??示。石墨烯不仅在光电学、力学等方面有出色的特性另外，石墨烯在电??场、磁场、栅极电压和化学掺杂等因素控制下的表面电导率可调，石墨烯己成??为最有前途的材料之一。石墨烯的主要特性如下：??（１）

太赫兹吸收器可用做隐身材料的制作，在国防和军事领域有着潜在应用价??值。在２００８年，Ｈ．Ｔａｏ＿等人设计并加工制作出了第一个太赫兹超材料吸收??器。如图１－３所示，??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??ｒａｌ?ｎ?ｉｎ??ｙ?ｉｉ?處?Ｉ??Ｅ，ｘ?Ｅ，?＼?▲??Ｔ?＿?Ｋ??图１－３太赫兹吸收器结构图（ａ）聚酰亚胺垫片顶部的谐振器（ｂ）砷化镓晶片上横向金属条??（ｃ）入射电磁波传播方向的单元结构［２２］??吸收器的单个单元由两个不同的金属元件组成：电环谐振器如图ｌ－３（ａ）和条形??金属如图ｌ－３（ｂ）。电环谐振器由两个背靠背的单开口环组成。实验结果表明，??该太赫兹吸收器在１．３?ＴＨｚ下实现了高达７０％的吸收率。２００９年，Ｄ．ＹｕＰ３］．等??人提出了一种鱼网结构的太赫兹吸收器，鱼网结构由交替的金属层和具有矩形??开口的介电层组成。该太赫兹吸收器实现了近乎完全吸收的吸收率，且受入射??光极化方向和入射角方向影响极小。以上太赫兹吸收器实现的是单频带的窄带??吸收器，由于器件对宽带吸收的要求，研究人员开始实现宽带完美吸收的吸收??器

【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹波谱与成像技术[J]. 郭澜涛,牧凯军,邓朝,张振伟,张存林.  红外与激光工程. 2013(01)
[2]表面等离子体亚波长光学原理和新颖效应[J]. 顾本源.  物理. 2007(04)



本文编号：3134831