基于石墨烯超表面的太赫茲器件的特性及應(yīng)用研究

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1、單位代碼：10359密級(jí)：公開學(xué)號(hào)：2015111054分類號(hào)：O436.1HefeiUniversityofTechnology碩士學(xué)位論文MASTER’SDISSERTATION（學(xué)術(shù)碩士）論文題目：基于石墨烯超表面的太赫茲器件的特性及應(yīng)用研究學(xué)科專業(yè)：物理電子學(xué)作者姓名：王奎元導(dǎo)師姓名：羅林保教授完成時(shí)間：2018年03月合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)歷碩士學(xué)位論文基于石墨烯超表面的太赫茲器件的特性及應(yīng)用研究作者姓名：王奎元指導(dǎo)教師：羅林保教授專業(yè)名稱：物理電子學(xué)研究方向：微納功能材料與器件2018年03月ADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterThere

2、searchesonthecharacteristicsandapplicationsofterahertzdevicesbasedonthegraphenemetasurfaceByWangKuiyuanHefeiUniversityofTechnologyHefei,Anhui,P.R.ChinaMarch,2018致謝時(shí)光匆匆如白駒過隙，三年的研究生生涯轉(zhuǎn)瞬即逝，往昔的學(xué)習(xí)生活場(chǎng)景仍歷歷在目，這三年我學(xué)到的知識(shí)僅是茫茫學(xué)海之一粟，但重要的是我從導(dǎo)師，同學(xué)們那里學(xué)到的學(xué)習(xí)方法，工作和生活的態(tài)度，這將是我繼續(xù)成長(zhǎng)的養(yǎng)料，促進(jìn)著我的持續(xù)進(jìn)步。值論文完成之際，向?qū)椭?，關(guān)心我的人表達(dá)我衷心

3、的感謝。首先感謝我的導(dǎo)師羅林保教授及指導(dǎo)老師郭忠義教授，正是在他們耐心的指導(dǎo)下我的論文才得以順利完成。剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，羅老師親自指導(dǎo)并解決我在閱讀文獻(xiàn)方面的困惑，并且親自指導(dǎo)我的實(shí)驗(yàn)，向我傳授各種實(shí)驗(yàn)技能，極大的提高了我學(xué)習(xí)和科研的能力。羅老師還時(shí)常與我討論課題的進(jìn)展，提出了許多建設(shè)性意見，督促我完成每一階段的工作。羅老師認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，學(xué)無止境的科研素養(yǎng)將會(huì)在我剩下的時(shí)光中激勵(lì)著我奮勇前進(jìn)。而我到了計(jì)算機(jī)學(xué)院交流學(xué)習(xí)之后，郭忠義老師對(duì)我的研究課題給予了重要的指導(dǎo)和幫助。郭忠義老師親自和我討論每一個(gè)階段性成果，郭老師活躍的思維，每次都會(huì)給我提出建設(shè)性的想法和意見，令我深深的折服。我每篇小

4、論文的研究過程一直到論文最后的定稿修改，都離不開郭老師的功勞。郭老師不僅在科研上給予我了巨大的幫助，并且郭老師勤奮、務(wù)實(shí)、精益求精的工作生活態(tài)度也處處影響著我，使我自身的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備，科研素養(yǎng)都在這三年中穩(wěn)步提升。并且在生活中郭老師給了我寶貴的幫助，使我更加明確了今后的人生道路。同時(shí)，我也要特別感謝沈飛老師﹑吳春艷老師﹑王莉老師﹑于永強(qiáng)老師、謝超老師和梁鳳霞老師給予我的科研指導(dǎo)。還要感謝鄭坤師兄﹑盧瑞師兄、張靜然師姐﹑李榮真師兄、葛才旺師兄、張騰飛師兄、任志飛師兄、汪丹丹師姐、陶一飛師兄、陶強(qiáng)強(qiáng)師兄、安寧師姐等師兄師姐，感謝你們教會(huì)我使用各種科研實(shí)驗(yàn)工具及解答了我理論知識(shí)的相關(guān)困惑。感謝孔

5、維玉、吳國(guó)安、王九鎮(zhèn)、王友義、許克偉、何淑娟、李祿、朱烈、黃培、田麗華、張編妹、高昌、余福源等同窗三年的實(shí)驗(yàn)室同學(xué)，我們互相學(xué)習(xí)，共同努力進(jìn)步，并且給我的研究生生活帶來了無數(shù)的歡聲笑語(yǔ)。感謝徐海生、楊瀟、聶小如、王靜靜、方詒強(qiáng)、徐星、陳福家、李子祥等師弟師妹在我學(xué)習(xí)生活中給我提供的幫助與支持。最后要感謝我的父母，在生活和學(xué)習(xí)中給我的全力支持和無限的包容，正是你們的愛與支持，我才可以在意志消沉的時(shí)候迅速的振作起來，我才可以在人生的道路上追逐夢(mèng)想，不畏艱險(xiǎn)、勇敢前行。王奎元2018年3月1日I摘要這些年來，超表面器件已經(jīng)成為學(xué)術(shù)研究的一個(gè)重要研究方向和熱點(diǎn)。通常情況下，大多數(shù)超表面器件是由金屬

6、和介質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，但是金屬和介質(zhì)超表面較差的動(dòng)態(tài)調(diào)控性卻限制了它們?cè)诠鈱W(xué)方面的發(fā)展和應(yīng)用。石墨烯作為一種由碳原子構(gòu)成的六角形蜂巢晶格結(jié)構(gòu)的二維材料不僅有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，并且在太赫茲波段具有如金屬般負(fù)的介電常數(shù)，可以在太赫茲波段支持表面等離子體共振。另一方面，石墨烯的光學(xué)響應(yīng)是由石墨烯的表面電導(dǎo)率所決定的，我們可以利用化學(xué)摻雜或者柵壓調(diào)控的方法調(diào)節(jié)石墨烯的表面電導(dǎo)率。所以石墨烯逐漸成為構(gòu)成新型可調(diào)控超表面器件的較佳選擇。本文根據(jù)石墨烯和超表面相關(guān)知識(shí)和理論基礎(chǔ)并借助有限元數(shù)值仿真方法重點(diǎn)研究基于石墨烯超表面的太赫茲器件的相關(guān)特性及應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容如下：（1）設(shè)計(jì)了一種可以靈活調(diào)控

7、太赫茲波的石墨烯超表面結(jié)構(gòu)。石墨烯條帶和入射光之間相互作用產(chǎn)生等離子體共振。在石墨烯的等離子體共振和介質(zhì)層中提供的法布里珀羅共振共同作用下，通過改變石墨烯的化學(xué)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)反射光接近2π的相位控制。在此基礎(chǔ)上，我們通過排布一個(gè)合適的相位梯度，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可以調(diào)控偏轉(zhuǎn)角的異常反射器。另一方面，我們利用連續(xù)的相位調(diào)制實(shí)現(xiàn)了一個(gè)聚焦超透鏡，這種透鏡具有較寬的工作帶寬，小于半個(gè)波長(zhǎng)的焦點(diǎn)直徑和較大的數(shù)值孔徑，具有非常優(yōu)越的性能。并且