石墨烯可调太赫兹吸收器研究
石墨烯材料在太赫兹波段具有独特的电磁特性，如电导率动态可调、低损耗、高约束性、支持表面等离子体激元等。石墨烯材料已经广泛应用于太赫兹研究的各个领域，特别是可调太赫兹吸收器领域。通过对石墨烯材料结构进行设计，石墨烯太赫兹吸收器可实现几近完美的吸收。本文以研究石墨烯可调太赫兹吸收器为出发点，对石墨烯吸收器的数值计算和理论分析进行了详细的研究。本文主要研究内容包括： 设计了单频石墨烯可调太赫兹吸收器，并通过数值仿真和等效电路模型全面分析了吸收器吸收性能和内在机理，实现了通过改变石墨烯费米能级Ef调节吸收器单频吸收峰频率点的性能。吸收器单频吸收峰频率随石墨烯费米能级 Ef变化的具体情况为：当Ef=0eV时，吸收器在0.48THz处吸收率达到99.99％；当Ef=0.2eV时，吸收器在1.37THz处吸收率达到99.96％；当Ef=0.4eV时，吸收器在1.44THz处吸收率达到99.83％，当Ef=0.6eV时，吸收器在1.579THz处吸收率到达 99.5%。此外，本节创新地提出了单频石墨烯可调太赫兹吸收器的等效电路模型，并推导出了等效电路中相关电子元件的计算公式，利用ADS高频电路仿真软件验证了等效电路的可行性。单频石墨烯可调太赫兹吸收器吸收率数值计算结果与等效电路模型理论结果基本保持一致。 设计了双频石墨烯可调太赫兹吸收器，并对吸收器进行了数值计算和理论分析，实现了通过改变石墨烯费米能级Ef调节吸收器双频吸收峰频率点的性能。吸收器双频吸收峰频率随石墨烯费米能级Ef变化的具体情况为：当Ef=0eV时，吸收器在 0.69THz 处吸收率达到 87%，在 1.61THz 处吸收率达到 96%；当 Ef=0.1eV时，吸收器在0.68THz处吸收率达到99.6%，在1.63THz处吸收率达到99.4%；当Ef=0.2eV时，吸收器在0.71THz处吸收率达到95%，在1.69THz处吸收率达到 93%。此外，分析了吸收器几何尺寸对吸收器性能的影响并理论分析了吸收器的内在机理。该双频石墨烯可调太赫兹吸收器结构简单、灵活可调、吸收性能优良。 设计了宽带石墨烯可调太赫兹吸收器，对吸收器进行了详细的数值计算和理论分析，实现了通过改变石墨烯费米能级 Ef 调节吸收器吸收带宽频率范围的性能。当 Ef=0.1eV时，吸收器实现了 0.65THz~1.30THz范围内吸收率超过 90%的 0.65 THz 带宽；当 Ef =0.2eV 时，吸收器实现了0.66THz~1.30THz范围内吸收率超过 89.5%的 0.64THz带宽；当 Ef=0.3eV时，吸收器实现了0.72THz~1.32THz范围内吸收率超过 89%的 0.5THz带宽。此外，本节利用传输线理论模型对宽带石墨烯可调太赫兹吸收器内在机理进行分析，且理论计算的吸收器性能曲线与数值计算的吸收器性能曲线保持了良好的一致性。
太赫兹吸收器;石墨烯;等效电路模型;可调吸收器
中国计量大学
硕士
信息与通信工程
李九生
2018
中文
TN751.2;TB383
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）