基于石墨烯超材料的可调电磁吸收器研究

论文摘要

超材料是一种由人工结构为基础通过设计材料的关键物理尺度参数而构成的具有超长电磁特性的人工复合型材料。超材料不同寻常的电磁性质与其人工单元结构、分布形式、几何尺寸紧密相关,故而具有极高的设计灵活性。电磁超材料因其奇异的特性已经在电磁隐身、天线、超分辨成像等领域得到了充分的应用,电磁吸收器也是超材料的重要领域之一。然而超材料的电磁性质在其单元结构的形状和物理尺寸确定后便不在改变,这导致了超材料在实际应用中受到了很大的限制,因而如何实现电磁性质动态可调成为现今超材料研究上的热点。石墨烯的电导率可以通过外加电压进行控制,因而在可调谐超材料的应用上引起了人们极大的关注。新型材料石墨烯的引入为电磁吸收器在吸收频率、几何尺寸等方面带来了新的发展。基于此,本论文提出了两种不同结构的基于石墨烯材料可分别实现单频和双频完美吸收的超材料吸收器,通过软件CST对吸收器的吸收特性进行了仿真分析。本论文包含了如下两个工作:1.对单频石墨烯吸收器的吸收特性研究。计算结果表明,该结构在4.7THz的共振频率下吸收率达到99.9%以上,近乎实现了完美吸收。石墨烯的费米能级可以通过外加电压来改变,从而实现了超材料吸收器频率的动态可调。研究中表明当X方向或Y方向上的长度L改变时,由于破坏了整个结构的对称性,吸收曲线显示出极化敏感性。在入射波的TE和TM两种模式下,吸收器在入射角为0°~70°的范围内有很高的吸收率,这在现实中具有很高的实用价值。2.对双频石墨烯吸收器的吸收特性研究。首先计算了每种尺寸的圆盘产生的共振频率,得出了整体的双频吸收是由这些共振频率叠加的结论,故而,在共振频率7.1THz和10.4THz处获得两个近乎完美的吸收峰。通过改变石墨烯的费米能级,可以有效地调控吸收器的共振频率;通过改变结构中大小圆盘的半径,吸收器可以实现选择性的频率可调性并且能够独立的调节每个共振频率。当周边的四个石墨烯小圆盘在2.0μm??d 1μm的对角线上移动时,对该吸收器的吸收频率和强度没有明显的影响。当研究中改变介电层的介电常数时,共振频率将发生偏移而吸收率不会明显改变。因为单元结构是对称的,该吸收器表现出极化不敏感,同时,所提出的吸收器在入射角为70°时吸收率依旧很高。

论文目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 本文研究背景

1.2 超材料吸收器

1.3 新型材料石墨烯

1.4 基于石墨烯超材料吸收器的研究进展

1.5 数值研究方法和软件介绍

1.6 本论文的研究意义和内容安排

2 单频石墨烯吸收器的研究

2.1 结构与参数

2.2 单频石墨烯吸收器的吸收特点

2.3 仿真结果与讨论

2.4 本章小结

3 双频石墨烯吸收器的研究

3.1 结构与参数

3.2 双频石墨烯吸收器的吸收特点

3.3 仿真结果与讨论

3.4 本章小结

4 总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

致谢

在校期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王凤玲

导师: 谢征微

关键词: 石墨烯,超材料,电磁吸收器,动态可调

来源: 四川师范大学

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: 四川师范大学

基金: 国家重点基础研究发展计划(973计划)(2013CBA01700),中国科学院光电电子研究所纳米制造与微工程国家重点实验室,四川省教育厅科研基金(16ZA0047),四川省科技厅科研基金(2018JY0439)

分类号: TB33;O441

DOI: 10.27347/d.cnki.gssdu.2019.001138

总页数: 47

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