基于石墨烯的太赫兹波段可调谐超材料偏振转换器研究

论文摘要

太赫兹波段是介于远红外至微波之间,频率范围为0.1-10THz的电磁波段。由于太赫兹波在光谱、通信、成像等方面具有广泛的应用前景,因此近些年来受到国内外学者和产业界的密切关注。其中,太赫兹波偏振调制器件是太赫兹领域研究的重要方向之一。近几年利用人工超材料来设计太赫兹波偏振调制器是该领域的主要技术手段,目前朝着宽频和可调谐方向发展。在此背景下,本文基于石墨烯优良的电光调谐性能,研究了石墨烯对超材料太赫兹波偏振调制器的调谐特性,取得了如下主要研究成果。（1）提出了基于石墨烯的太赫兹波段的可调谐超材料偏振转换器模型,包含L形超材料波片层,石墨烯调谐层,hBN绝缘层,Si导电层,SiO2电介质层以及银反射层。在不考虑石墨烯作用的前提下,研究了SiO2电介质基底厚度,入射光偏振方向以及L形臂长对反射光偏振状态的影响规律,通过优化设计得到了具有高椭偏度和高转换效率的宽频太赫兹超材料四分之一波片结构。（2）在考虑石墨烯作用的前提下,基于Kubo模型,研究了散射率和化学势对太赫兹波段石墨烯电导率的影响规律。通过电压控制石墨烯的化学势,成功实现了具有高线偏度和高转换效率的宽频太赫兹超材料半波片功能,即达到了太赫兹超材料四分之一波片到半波片的偏振功能转换。进一步研究了散射率变化以及入射光偏振方向对偏振功能转换性能的影响,结果发现散射率的增大会使得四分之一波片到半波片的偏振功能转换效率下降,而入射光偏振方向变化时始终能找到一个有效的化学势使得反射光表现为与入射光线偏振方向呈现互余特性的线偏振光,即实现特定线偏振旋转器功能。我们基于基于金属的Drude模型、局域表面等离激元理论以及石墨烯电导率的Kubo模型对上述现象进行了合理的解释。本文所设计得到的石墨烯太赫兹波段可调谐超材料偏振转换器具有宽频、高效、集成度高等特点,未来有望应用到太赫兹科学的各个领域。本文的理论研究和仿真设计对指导可调谐超材料偏振转换器的制备加工也具有重要的参考价值。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张伟

导师: 蒋立勇

关键词: 太赫兹,超材料,偏振转换器,石墨烯,局域表面等离激元

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,材料科学,无线电电子学

单位: 南京理工大学

分类号: O441.4;TQ127.11;TB34

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.001193

总页数: 62

文件大小: 3309K

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