基于石墨烯表面等離子體的太赫茲器件的研究.pdf

1、近年來，石墨烯由于其突出的電子、機械和光學等性質受到了越來越多的關注。尤其是石墨烯在太赫茲波段可以支持表面等離子體激元，這在理論和實驗中都得到了驗證。相比于其他金屬材料，石墨烯表面等離子體（GSP）具有更強的約束能力和更低的損耗，最重要的是石墨烯的性質還可以通過施加外部電壓去調控。本論文將從以下三個部分展開：
　　首先介紹了石墨烯的參數(shù)特性，這里主要討論了石墨烯的電導率和其相對介電常數(shù)。我們還介紹了在太赫茲波段，石墨烯電可調性實現(xiàn)

2、的方法以及GSP的兩種激發(fā)方式。
　　基于以上的理論基礎，本文首先提出了基于太赫茲波段的石墨烯表面等離子體波導，由金屬/二氧化硅/石墨烯所構成。通過有限元算法計算得到，該波導的本征模式完美地約束在中間的二氧化硅芯層中，具有出色的約束能力和可控的傳輸損耗，并且我們提出的波導結構不需要彎曲、折疊這樣維持了石墨烯原有的優(yōu)良性質。我們分析了等效模式系數(shù)Re(neff)和歸一化的衰減常數(shù)Im(neff)隨結構參數(shù)和化學勢能的變化，說明我們提

3、出的波導結構的性質不僅可以通過幾何參數(shù)去調節(jié)還可以通過外加電壓去調節(jié)，體現(xiàn)了石墨烯的可調控性。
　　除了在太赫茲頻段可以實現(xiàn)表面等離子體波導外，石墨烯還可以實現(xiàn)超材料結構。因此本文最后提出了四種石墨烯超材料結構。首先我們提出了不同的石墨烯超材料圖案，分別是微米帶、十字形結構和圓盤結構。經仿真分析，石墨烯微米帶相當于一個諧振器，并且我們可以用Fabry-Perot模型去預測峰值位置，石墨烯的十字形和圓盤結構的諧振性質是與極化方向無關