基于石墨烯的超材料太赫兹吸收器研究

摘要

超材料是一种具有周期单元结构的人工复合材料，适当设计结构单元的几何形状和晶格结构，能够使其表现出一些奇异的电磁性能，因此在光学、电磁学、材料学等多个领域具有广阔的应用前景。与其他波段相比，太赫兹波具有许多特殊的物理性质因此具有很大的研究意义，太赫兹相关功能器件的研究能够促进太赫兹技术发展。本论文以太赫兹吸收器为研究对象，提出了两种基于石墨烯超材料的吸收器结构，并对所提出吸收器的特性进行了分析，主要研究内容如下： 1、提出了一种基于石墨烯开口圆环结构的超薄窄带太赫兹吸收器，该吸收器以石墨烯开口圆环为上层图案层，二氧化硅为中间介质层，底层为金平面。仿真结果表明该吸收器在8.55THz处有一明显共振峰，其吸收率为98%。接着，对窄带吸收器的不同参数进行计算，分析了结构参数对吸收率曲线的影响情况。 2、提出了一种基于多层石墨烯结构的宽带可调太赫兹吸收器，该结构不同于典型的三层超材料吸收器结构，而是在介质层中增加了两层石墨烯平面。计算结果证明介质层中的石墨烯平面对吸收器的宽带吸收起到关键作用，另外，通过对石墨烯化学势的调节能够实现吸收频率的调谐。 3、分析了宽带吸收器结构中石墨烯费米能级的变化对吸收率曲线的影响，通过对石墨烯表面电流密度分布情况的讨论，分析了吸收器可调特性的原因。进一步分析证明，该吸收器具有偏振无关、对入射角度不敏感特性。

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