基于石墨烯太赫兹超材料的研究与设计

论文摘要

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应,正延迟可达0.9 ps。以上基于石墨烯的超材料结构简单、性能优越、可调性强,在太赫兹器件中有巨大的潜在应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景和意义
•   1.2 基本概念介绍
•     1.2.1 太赫兹波简介
•     1.2.2 超材料概述
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 新型材料石墨烯
•     1.3.2 太赫兹超材料的国内外研究现状
•   1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 石墨烯的理论基础及数值建模
•   2.1 石墨烯电导率模型
•   2.2 石墨烯表面等离激元
•   2.3 时域有限差分法
•   2.4 数值建模
•   2.5 本章小结
• 第三章 基于石墨烯的可调超宽带太赫兹吸收器研究
•   3.1 引言
•   3.2 石墨烯超材料的吸收机理
•     3.2.1 吸收率
•     3.2.2 阻抗匹配原理
•     3.2.3 石墨烯的等效阻抗模型
•   3.3 单层石墨烯太赫兹吸收器的研究
•     3.3.1 单层吸收器的结构设计
•     3.3.2 吸收器的特性分析
•     3.3.3 吸收器的吸收机理研究
•   3.4 多层石墨烯太赫兹吸收器的研究
•     3.4.1 三层吸收器的结构设计
•     3.4.2 多层吸收器的结构设计
•     3.4.3 吸收器的特性分析
•     3.4.4 吸收器的吸收机理研究
•   3.5 本章小结
• 第四章 基于石墨烯的可调电磁诱导透明器件研究
•   4.1 引言
•   4.2 结构设计
•   4.3 电磁诱导透明的物理机制研究
•   4.4 电磁诱导透明的特性分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 论文总结
•   5.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间完成的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐增辉

导师: 刘玉敏

关键词: 表面等离子体,石墨烯,超材料,吸收器,电磁诱导透明

来源: 北京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 北京邮电大学

分类号: O441;TB34

总页数: 58

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