基于石墨烯的太赫兹吸收器结构设计与特性分析研究
发布时间：2021-07-05 12:05
近年来,石墨烯的应用越来越广泛,石墨烯电池、石墨烯折叠屏及石墨烯光学器件在市面上更加常见。石墨烯可在太赫兹和中红外波段激发表面等离子激元,所以基于石墨烯的光学调制器、由石墨烯所构成的天线阵列、石墨烯吸收器等都取得了一定的研究成果。太赫兹波可广泛的应用在医疗器械、安全检查和军事方面,因此石墨烯在太赫兹波段的应用具有一定的实用价值。本文主要研究了基于石墨烯的太赫兹吸收器的设计与特性分析,分别提出了基于石墨烯的窄带吸收器和基于石墨烯的宽带吸收器。对于窄带吸收器仿真结果证明,改变结构参数,吸收率可高达99.99%,达到了完美吸收特性。该吸收器结构是高度对称的,所以具有极化不敏感和大角度吸收特性。更重要的是,可在不改变吸收器结构参数的情况下,改变石墨烯化学势来动态调控吸收效率和带宽。但吸收器的带宽在理想状态下只有2.22 THz,为进一步扩大应用带来了阻碍。接着,提出了基于石墨烯超材料的斜8字型超宽带吸收器和阶梯型超宽带吸收器。由于具有周期性的单元结构,所以该超材料吸收器的带宽足够宽,且容易实现完美的吸收特性。由仿真结果可看出,斜8字型吸收器具有高达7.4 THz的超高带宽,这一优点使其在太赫兹...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太赫兹波在电磁波谱中的分布
兰州大学硕士学位论文基于石墨烯的太赫兹吸收器结构设计与特性分析研究3然界中左手材料尚未被发现。图1-3代表电磁波的电场E、磁场H、波矢K形成的左右手关系，图中S代表能流密度。图1-2材料的分类图1-3各类材料中K与S的关系(a)左手材料：电场E、磁场H与波矢K是左手关系，K与S反向(b)右手材料：电场E、磁场H与波矢K是右手关系，K与S同向虽然天然的左手材料在自然界中不存在，但只要合理设计单元结构，使结构的等效介电常数和磁导率都为负值，即可实现该种材料的设计与制作。图1-4表示了左手材料中电磁波的传播路径，可看出电磁波发生了反常折射。1999年，英国物理学家JohnPendry等人成功实现了左手材料的制备[10]。他们所设计的三维晶格结构是由非常细的金属线组成，该晶格结构不仅能明显降低结构的电子密度还能有效利用导线之间的自感现象增加电子质量。2001年，美国杜克大学Smith团队设计出了介电常数和磁导率同为负值的左手材料，该种材料的结构设计如图1-5所示，它由开口谐振环与金属导线组成，其中开口谐振环由铜线构成，且结
兰州大学硕士学位论文基于石墨烯的太赫兹吸收器结构设计与特性分析研究3然界中左手材料尚未被发现。图1-3代表电磁波的电场E、磁场H、波矢K形成的左右手关系，图中S代表能流密度。图1-2材料的分类图1-3各类材料中K与S的关系(a)左手材料：电场E、磁场H与波矢K是左手关系，K与S反向(b)右手材料：电场E、磁场H与波矢K是右手关系，K与S同向虽然天然的左手材料在自然界中不存在，但只要合理设计单元结构，使结构的等效介电常数和磁导率都为负值，即可实现该种材料的设计与制作。图1-4表示了左手材料中电磁波的传播路径，可看出电磁波发生了反常折射。1999年，英国物理学家JohnPendry等人成功实现了左手材料的制备[10]。他们所设计的三维晶格结构是由非常细的金属线组成，该晶格结构不仅能明显降低结构的电子密度还能有效利用导线之间的自感现象增加电子质量。2001年，美国杜克大学Smith团队设计出了介电常数和磁导率同为负值的左手材料，该种材料的结构设计如图1-5所示，它由开口谐振环与金属导线组成，其中开口谐振环由铜线构成，且结
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维材料光电探测器的研究进展[J]. 张恒康,冀婷,李国辉,韩娜,王英奎,王文艳,郝玉英,崔艳霞. 半导体技术. 2020(01)
[2]石墨烯材料的制备及应用进展[J]. 王晨光. 当代化工研究. 2017(07)
[3]太赫兹技术及其在生物医学工程中的应用[J]. 侯海燕,符志鹏,李光大,杨建英,麻开旺. 生物医学工程学进展. 2015(02)
[4]基于光学传输矩阵的太赫兹时域光谱分析[J]. 方贺男,陶志阔. 发光学报. 2014(11)
[5]石墨烯制备和应用中的表面科学与技术[J]. 董世运,徐滨士,王玉江,魏世丞. 中国表面工程. 2013(06)
[6]太赫兹通信技术的研究与展望[J]. 姚建铨,迟楠,杨鹏飞,崔海霞,汪静丽,李九生,徐德刚,丁欣. 中国激光. 2009(09)
[7]奇妙的左手材料[J]. 徐耿钊,张伟华,朱星. 物理. 2004(11)
博士论文
[1]新型太赫兹参量源研究[D]. 王伟涛.山东大学 2015
[2]石墨烯表面等离激元滤波器的研究[D]. 盛世威.山东大学 2015
[3]太赫兹波的产生及其对太赫兹波进行三维探测的研究[D]. 李璐杰.南开大学 2013
本文编号：3266041
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太赫兹波在电磁波谱中的分布
兰州大学硕士学位论文基于石墨烯的太赫兹吸收器结构设计与特性分析研究3然界中左手材料尚未被发现。图1-3代表电磁波的电场E、磁场H、波矢K形成的左右手关系，图中S代表能流密度。图1-2材料的分类图1-3各类材料中K与S的关系(a)左手材料：电场E、磁场H与波矢K是左手关系，K与S反向(b)右手材料：电场E、磁场H与波矢K是右手关系，K与S同向虽然天然的左手材料在自然界中不存在，但只要合理设计单元结构，使结构的等效介电常数和磁导率都为负值，即可实现该种材料的设计与制作。图1-4表示了左手材料中电磁波的传播路径，可看出电磁波发生了反常折射。1999年，英国物理学家JohnPendry等人成功实现了左手材料的制备[10]。他们所设计的三维晶格结构是由非常细的金属线组成，该晶格结构不仅能明显降低结构的电子密度还能有效利用导线之间的自感现象增加电子质量。2001年，美国杜克大学Smith团队设计出了介电常数和磁导率同为负值的左手材料，该种材料的结构设计如图1-5所示，它由开口谐振环与金属导线组成，其中开口谐振环由铜线构成，且结
兰州大学硕士学位论文基于石墨烯的太赫兹吸收器结构设计与特性分析研究3然界中左手材料尚未被发现。图1-3代表电磁波的电场E、磁场H、波矢K形成的左右手关系，图中S代表能流密度。图1-2材料的分类图1-3各类材料中K与S的关系(a)左手材料：电场E、磁场H与波矢K是左手关系，K与S反向(b)右手材料：电场E、磁场H与波矢K是右手关系，K与S同向虽然天然的左手材料在自然界中不存在，但只要合理设计单元结构，使结构的等效介电常数和磁导率都为负值，即可实现该种材料的设计与制作。图1-4表示了左手材料中电磁波的传播路径，可看出电磁波发生了反常折射。1999年，英国物理学家JohnPendry等人成功实现了左手材料的制备[10]。他们所设计的三维晶格结构是由非常细的金属线组成，该晶格结构不仅能明显降低结构的电子密度还能有效利用导线之间的自感现象增加电子质量。2001年，美国杜克大学Smith团队设计出了介电常数和磁导率同为负值的左手材料，该种材料的结构设计如图1-5所示，它由开口谐振环与金属导线组成，其中开口谐振环由铜线构成，且结
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维材料光电探测器的研究进展[J]. 张恒康,冀婷,李国辉,韩娜,王英奎,王文艳,郝玉英,崔艳霞. 半导体技术. 2020(01)
[2]石墨烯材料的制备及应用进展[J]. 王晨光. 当代化工研究. 2017(07)
[3]太赫兹技术及其在生物医学工程中的应用[J]. 侯海燕,符志鹏,李光大,杨建英,麻开旺. 生物医学工程学进展. 2015(02)
[4]基于光学传输矩阵的太赫兹时域光谱分析[J]. 方贺男,陶志阔. 发光学报. 2014(11)
[5]石墨烯制备和应用中的表面科学与技术[J]. 董世运,徐滨士,王玉江,魏世丞. 中国表面工程. 2013(06)
[6]太赫兹通信技术的研究与展望[J]. 姚建铨,迟楠,杨鹏飞,崔海霞,汪静丽,李九生,徐德刚,丁欣. 中国激光. 2009(09)
[7]奇妙的左手材料[J]. 徐耿钊,张伟华,朱星. 物理. 2004(11)
博士论文
[1]新型太赫兹参量源研究[D]. 王伟涛.山东大学 2015
[2]石墨烯表面等离激元滤波器的研究[D]. 盛世威.山东大学 2015
[3]太赫兹波的产生及其对太赫兹波进行三维探测的研究[D]. 李璐杰.南开大学 2013
本文编号：3266041
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