基于复合超表面的太赫兹调幅器件研究

论文摘要

太赫兹波是近十几年来被提出并迅速成为全世界研究热点的一个电磁波段。随着微纳技术的不断发展,与之相关的滤波器、偏振器及调制器等太赫兹功能器件层出不穷。而相比之下,对于控制太赫兹波的主控器件还很欠缺,并在不同程度上存在种类少、体积大、性能不佳、加工难度大等问题,更重要的是其价格非常昂贵。因此,开发紧凑、高性能、高设计自由度、高效率的各类太赫兹波主控器件是当前亟待解决的一大问题,这对推动太赫兹科学技术的发展具有重要意义。本文开展了基于石墨烯、离子凝胶和人工超表面的复合结构太赫兹调幅器件的研究,具体如下:(1)基于石墨烯/离子凝胶/人工超表面复合结构的太赫兹调幅器件。设计并制备了基于石墨烯/离子凝胶/人工超表面复合结构的太赫兹调幅器件,并对其调制效果进行了模拟仿真和实验验证。该器件是在石英基底上依次构建单层石墨烯、离子凝胶和金属超表面而形成,其在3 V外加偏压下实现了太赫兹谐振频率0.51 THz处64%的调制深度。研究表明,基于石墨烯/离子凝胶/人工超表面复合结构的太赫兹调幅器件可在较小的电压下实现对于太赫兹波的大幅度调制,这种调制效果是金属结构、石墨烯以及离子凝胶三者相互作用的结果。(2)基于双层石墨烯的对称结构的太赫兹调幅器件。在上面单层石墨烯调制器件的基础上,设计并制作了一个由两个单层石墨烯所构成的基于双层石墨烯对称结构的太赫兹调幅器件。通过实验发现,该器件在3 V外加偏压下实现了对太赫兹谐振频率0.51 THz处73%的调制深度。研究结果表明,上下两层石墨烯的电导率同时随着外加偏压的增大而增大,并对金属结构的谐振均有着短接的作用,因此该结构能够进一步增大对太赫兹波的调制。(3)基于石墨烯/离子凝胶/人工超表面复合结构的异常折射太赫兹调幅器件。将具有线性相位梯度的超表面和石墨烯以及离子凝胶相结合,制作了太赫兹波异常折射的调幅器件。通过基于光纤的太赫兹时域光谱系统测试,表明该器件在3 V外加偏压下实现了交叉圆偏太赫兹波频率为0.58 THz处18.4°的偏折和48%的调制深度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   §1.1 太赫兹波概述
•     §1.1.1 太赫兹波的特点
•     §1.1.2 太赫兹波的应用
•   §1.2 超材料和超表面
•     §1.2.1 超材料和超表面的概述
•     §1.2.2 超材料和超表面在太赫兹功能器件中的应用
•   §1.3 石墨烯
•     §1.3.1 石墨烯简介
•     §1.3.2 石墨烯特性
•     §1.3.3 石墨烯在太赫兹功能器件中的应用
•   §1.4 离子凝胶
•     §1.4.1 离子凝胶的简介
•     §1.4.2 离子凝胶在太赫兹功能器件中的应用
•   §1.5 研究意义及章节安排
• 第二章 加工工艺与参数提取
•   §2.1 超表面的加工
•   §2.2 石墨烯的转移
•   §2.3 离子凝制备与参数提取
•     §2.3.1 离子凝胶的制备
•     §2.3.2 离子凝胶的参数提取
•   §2.4 本章小结
• 第三章 基于石墨烯/离子凝胶/人工超表面的太赫兹调幅器件
•   §3.1 器件的设计与仿真
•     §3.1.1 结构设计
•     §3.1.2 复合结构的仿真结果
•     §3.1.3 带有不同特征尺寸金属结构的透射仿真
•   §3.2 实验验证与对比分析
•     §3.2.1 器件的制备
•     §3.2.2 实验与测量结果
•     §3.2.3 器件的性能分析
•   §3.3 不同厚度的离子凝胶对器件性能的影响
•     §3.3.1 仿真分析
•     §3.3.2 实验验证
•   §3.4 本章小结
• 第四章 基于双层石墨烯的对称结构的太赫兹调幅器件
•   §4.1 样品的制备
•   §4.2 样品的测试
•   §4.3 结果分析
•   §4.4 调制速度的测量
•   §4.5 本章小结
• 第五章 基于石墨烯/离子凝胶/超表面异常折射太赫兹波调幅器件
•   §5.1 波前控制基础原理
•   §5.2 异常折射
•   §5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   §6.1 总结
•   §6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间的主要研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁莹辉

导师: 韩家广

关键词: 太赫兹调幅器件,石墨烯,离子凝胶,人工超表面

来源: 桂林电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 桂林电子科技大学

分类号: O441.4;TN761.1

总页数: 60

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