双层石墨烯电控开关设计

提出并设计了一种基于双层石墨烯结构的电控太赫兹波开关。该开关结构由棱镜-石墨烯-二氧化硅-石墨烯-锑化铟组成。太赫兹波从棱镜左侧以特定角度入射,棱镜右侧固定有太赫兹波探测器,通过外加电场改变石墨烯介电常数,影响等离子体波矢匹配,进而控制太赫兹波反射率,实现太赫兹开关目的。实验运用COMSOL软件对双层石墨烯电控开关进行仿真模拟,将1 THz的太赫兹波以35.42从棱镜左上方入射,在无外加电场时,太赫兹波反射率为2.63%,此时为太赫兹波开关的关状态。施加外加电场时,石墨烯的介电常数发生变化,太赫兹波反射率改变并达到93.01%,棱镜结构接近全反射,此时为太赫兹波开关的开状态。研究结果表明该结构具有良好的太赫兹波强度控制性能,电控太赫兹波开关消光比为15.5 dB。     

基于石墨烯的太赫兹光电功能器件研究进展

作为一种新型光电材料,石墨烯独特的能带结构和电子输运特性,使其与太赫兹科学有着密切的内在关系：石墨烯内部的等离子体振荡频率在太赫兹频段;人为调谐石墨烯的禁带宽度在0~0.3 eV时,正好覆盖太赫兹频段;光电导率的外部可控性等,这些特点使得石墨烯有望成为太赫兹频段新一代高性能设备研制的基础。最近的研究显示,石墨烯在太赫兹波产生、调控、检测等光电功能器件的研制中取得了很好的成果。重点介绍了基于石墨烯的太赫兹光电功能器件,包括太赫兹源器件、可控调控器件及检测器研究的最新进展,并对这一快速发展的研究领域进行了展望。     

基于微波网络理论的可重构超表面单元设计方法与性能上限分析

在微波频段，应用在可重构超表面单元上的开关往往具有良好的通断性能，可以在单元层面实现低损耗、180°相位差的1-比特相位量化特性.随着频率提升到毫米波甚至太赫兹频段，开关性能会因为寄生效应而下降，引起可重构超表面单元的设计困难.在本工作中，将可重构超表面单元的等效为一个微波二端口网络模型，通过分析网络的阻抗参数和散射参数，指出了单元反射系数与开关反射系数的传递关系.所提的关系式，经过不同频段的不同开关与单元结构的仿真验证.本工作可以根据任意开关参数，给出1-bit的单元的性能上限，所提的设计流程可以指导太赫兹可重构超表面单元的设计与优化.     

石墨烯太赫兹波段性质及石墨烯基太赫兹器件

石墨烯在太赫兹波段的优异性质,使其在太赫兹源、太赫兹探测和太赫兹调控三个方面都具备广阔的应用前景。主要对石墨烯在太赫兹波段的性质及石墨烯基太赫兹器件的相关研究进行了综述,并对石墨烯在太赫兹波段的应用前景进行了展望。在石墨烯太赫兹波段性质方面,主要介绍了石墨烯的电导模型、静态和超快光谱响应特性,以及表面太赫兹波辐射特性。在石墨烯基太赫兹器件方面,主要综述了基于光、电、磁调控的太赫兹主动器件,石墨烯基超材料的太赫兹调制器,基于阻抗匹配的减反射调控器件,以及可调太赫兹源器件的最新研究进展。     

利用石墨烯-金属复合结构实现太赫兹电磁诱导透明超表面主动调控

近年来,在超表面中实现对电磁诱导透明的主动式调控引起了越来越多的研究兴趣。采用石墨烯-金属复合结构,设计并研制了一种新颖的调制策略,通过同时施加光泵和偏置电压改变石墨烯的电导率,在太赫兹波段实现了一种主动式电磁诱导透明超表面,其在透射窗口频率处的振幅调制深度可达73%。模拟和理论分析表明,其内在物理机理在于石墨烯对金属谐振结构的短接作用,石墨烯的电导率越大,短接效果越明显,谐振强度也越弱。该石墨烯-金属复合超表面为设计紧凑的主动式太赫兹光开关器件提供了一种实现途径,在太赫兹通信中具有潜在的应用前景。     

基于石墨烯超材料的三频段可调谐完美吸收器

为进一步降低太赫兹频率下高性能调控器件的结构复杂度,提出一种三频段可调谐超材料完美吸收器.该吸收器由图案化的石墨烯层和经Si介质层隔开的Au接地平面组成,利用太赫兹下的石墨烯表面等离子体共振以及图案化石墨烯与电场耦合提供的电偶板子共振形成多个吸收峰.数值仿真结果表明,在0.489 THz、1.492 THz和2.437...     

基于石墨烯一维太赫兹光子晶体电磁特性研究

采用时域有限差分(Finite Difference Time Domain FDTD)和表面边界条件对单层石墨烯的太赫兹电磁特性进行研究.首先计算了其反射和透射系数, 并与解析解对比验证了该理论的正确性.接着研究了一维光子晶体表面石墨烯在太赫兹光谱范围的吸收.通过改变模型中石墨烯的位置, 得到了一维石墨烯吸收特性与石墨烯位置的关系.结果表明:当石墨烯位于光子晶体表面时, 由于石墨烯和间隔层在光子晶体表面构成了表面缺陷, 从而导致光的局域化, 这种局域化增强了石墨烯对太赫兹范围光的吸收.     

基于石墨烯的可调谐高吸收率太赫兹超材料

提出一种基于石墨烯的双波段太赫兹超材料吸收体,它由金属-电介质-石墨烯3层超材料结构单元在水平方向上进行周期性拓展而成。仿真结果显示,其在太赫兹波段6.62 THz和 9.36 THz分别产生99.9%和98.9%的高吸收率;通过改变石墨烯的费米能级,可以灵活地控制吸收体的谐振频率和吸收强度,而吸收体的吸收强度也可以利用石墨烯的弛豫时间进行单独控制。另外,研究了吸收体中间介质层厚度和介质损耗对吸收率的影响,这为吸收体初始加工工艺参数的确定提供了依据。研究结果表明,提出的基于石墨烯的太赫兹超材料吸收体结构简单,易于加工,可通过偏置电压或者化学掺杂,简单地实现吸收体的可调谐性,为双波段高吸收率太赫兹超材料吸收体的设计提供了重要参考。     

基于三维石墨烯的可拉伸太赫兹吸波材料

通过将三维石墨烯材料与聚二甲基硅氧烷薄膜相结合,设计并研制了一种宽带可拉伸的太赫兹波吸收材料,设计结构可以使三维石墨烯在聚二甲基硅氧烷层的保护下实现大幅度拉伸。实验结果表明,该吸波材料在0.2~1.1 THz的测试范围内有最高90%的吸收率,同时在20%的拉伸量下复合结构对太赫兹波吸收率基本保持不变,并且在去掉外力时材料样品的结构和性能均可恢复至原始状态。可拉伸太赫兹吸波材料具有带宽大、吸收率高、加工简单以及可大面积制备等优点,在太赫兹吸收器等领域中具有潜在的应用价值。     

双顶栅极石墨烯的太赫兹信号源

为探索产生太赫兹信号的新型材料与器件,提出一种基于石墨烯的具有双顶栅极结构的场效应管器件(FET)模型,并对此器件所具有的太赫兹特性进行研究。使用费米函数推导计算发现,器件在一定的太赫兹频段存在负电导的可能,同时得到了石墨烯综合电导与偏置电压、弛豫时间、栅极电压以及温度等因素之间的关系,表明此器件具有作为新型太赫兹源的潜力。     

光栅对石墨烯太赫兹光学性质的影响

在不考虑等离激元诱导效应的情况下,利用玻尔兹曼平衡方程方法从理论上研究了金属光栅结构对石墨烯光电导率的直接影响。研究发现由于光栅对入射光的动量补偿作用,光栅对石墨烯的带内光电导率产生了显著的影响,使得在石墨烯的太赫兹吸收窗口区域出现光电导率峰,并且该光电导率峰可由光栅周期、电子浓度以及温度来调控。该研究有助于深入理解光栅结构对光电材料的影响,并表明光栅-石墨烯体系可以应用于可调谐的太赫兹光电器件,如太赫兹探测器。     

基于人工超表面/离子凝胶/石墨烯复合结构的太赫兹调幅器件

设计并制备了基于人工超表面/离子凝胶/石墨烯复合结构的太赫兹调幅器件,并对其调制效果进行了模拟仿真和实验验证。该器件以嵌在石墨烯和超表面之间的离子凝胶为电解质,以石墨烯为主动材料,用超表面实现太赫兹波与石墨烯相互作用的增强。通过外加偏压调节石墨烯的电导率,进而达到对太赫兹波的主动控制。结果表明:该器件在较小的外加偏压下就可以在谐振频率处实现73%的调制深度,并且在调制过程中谐振频率几乎保持不变。该器件为小电压下的大幅度太赫兹调制提供了一种新手段。     

基于石墨烯的波束可重构太赫兹天线

设计了一种工作在太赫兹(THz)频率下的微带八木(QYU)天线.该天线由金属微带传输线、金属反射器、金属半圆形辐射贴片和三组单分子层-石墨烯-贴片导向器组成.由于石墨烯的电导率可电调谐特性,可以通过调整施加在石墨烯导向器上的偏置电压来动态调控天线的辐射方向.通过对天线的基本性能和可调特性系统地模拟和优化,数值结果表明,通过改变加在石墨烯导向器的偏压,天线的主辐射波瓣角φ(方位角)可以在30°-150°的范围内进行扫描,并且具有非常快的调制速度和非常低的回波损耗.该天线非常适合于相控阵雷达等THz波束可重构应用。     

基于石墨烯材料的太赫兹波探测器研究进展

太赫兹波具有瞬态性、宽带性、穿透性和低能性等一系列独特性质,使其在材料研究、信息传递、环境检测、国防安全、医疗服务等方面展现了非常广阔的应用前景。作为该领域应用的关键,太赫兹探测器得到科研人员极大的重视。一般来讲,探测器的性能很大程度上依赖于基质材料的特性。石墨烯具有2个非常重要的优势,一是石墨烯具有线性能带结构,使得能够吸收太赫兹波;二是石墨烯具有超高载流子迁移率,能够进行超快探测。因此,石墨烯基有望成为太赫兹频段新一代高性能探测器的基质材料。详细综述了近几年关于石墨烯基太赫兹探测器的发展状况。     

太赫兹波段电磁超介质的应用及研究进展

太赫兹波和电磁超介质是电磁学领域关注的热点.太赫兹波与电磁超介质相互作用可以实现对太赫兹波的操纵和调控,有望填补"太赫兹空白".介绍了太赫兹波段电磁超介质的研究进展,包括电磁超介质电磁性能可调谐的实施途径,电磁超介质在太赫兹功能器件方面的应用(调制器/开关、传感器/探测器、滤波器、偏振元件和吸波器),太赫兹波段表面等离...     

基于石墨烯的波束可重构太赫兹天线（英文）

设计了一种工作在太赫兹(THz)频率下的微带八木(QYU)天线.该天线由金属微带传输线、金属反射器、金属半圆形辐射贴片和三组单分子层-石墨烯-贴片导向器组成.由于石墨烯的电导率可电调谐特性,可以通过调整施加在石墨烯导向器上的偏置电压来动态调控天线的辐射方向.通过对天线的基本性能和可调特性系统地模拟和优化,数值结果表明,通过改变加在石墨烯导向器的偏压,天线的主辐射波瓣角φ(方位角)可以在30°-150°的范围内进行扫描,并且具有非常快的调制速度和非常低的回波损耗.该天线非常适合于相控阵雷达等THz波束可重构应用     

基于硅基石墨烯的全光控太赫兹波强度调制系统研究

在太赫兹通信等系统中需要利用太赫兹波调制器对信号进行调制.基于GaAs 等传统半导体材料设计和制作的调制器在太赫兹波段的响应过低,因而很难应用于太赫兹系统.为了弥补传统调制技术在带宽和调制深度不够的缺点,设计了一种全新的基于硅基石墨烯的全光控太赫兹强度调制系统.该调制系统利用材料中光生载流子对太赫兹波的吸收特性,通过调节照射到材料上的可见光光强来改变光生载流子浓度,从而实现对太赫兹波强度调制.从理论和实验两方面对这种新型太赫兹强度调制系统的调制深度和调制带宽进行了研究.研究结果表明,在泵浦光功率密度为18 mW/mm2时,该调制系统能在实验使用的THz-TDS 测试系统(0.1~2.5 THz)的整个频谱范围内进行有效的调制,调制深度可达到12 %.且随着泵浦光能量的增大,调制深度增大.     

基于HIE-FDTD方法的太赫兹频段石墨烯吸收器的设计

应用混合显隐式时域有限差分(hybrid implicit-explicit finite-difference time-domain, HIE-FDTD)方法对石墨烯吸收器进行数值模拟. 通过辅助差分方程（auxiliary difference equation, ADE）将石墨烯带内电导率引入到HIE-FDTD方法中并结合共形技术对设计的新型石墨烯吸收器完成了特性分析. 数值结果表明:该吸收器在2.68 THz附近吸收率可达到99.8%,而且在太赫兹频段下可以通过控制石墨烯的化学势和圆环宽度调整该吸收器的工作频率. 本文设计的环状结构吸收器结构简单,在检测器、传感器、滤波器等太赫兹器件方面具有潜在的应用.     

二维材料异质结增强的硅基太赫兹光调制器

研究了石墨烯/氮化硼二维异质结增强的硅基太赫兹波光调制器。利用太赫兹波时域谱系统和实验室自主搭建的太赫兹波动态测试系统分别测试了808 nm激光对太赫兹波的静态和动态调制。当照射在太赫兹波调制器上的激光功率从0增加至500 mW时,平均太赫兹波透过率从58%下降到13%,静态调制深度最高达到76%(500 mW)。动态测试获得的最大调制速度为15 kHz (100 mW)。实验结果表明,与单层石墨烯增强的硅基调制器相比,石墨烯/氮化硼异质结可以更大地提高硅对于太赫兹波的调制深度,并提升调制速度。     

电压调制的石墨烯PN结在太赫兹区的光吸收特性北大核心CSCD

基于在石墨烯片两端外加正负电压构成PN结的方法,通过调节门电压和偏压,研究了光电导和光吸收与外加电压、无序展宽以及温度之间的关系。研究结果表明,石墨烯光电导在太赫兹区出现了负值,光的透射率增大。在太赫兹区,光电导单调依赖于外偏压和无序展宽,而对温度表现出复杂的依赖关系。在外电压一定的条件下,通过选择合适的温度,可增大光的透射率。该研究结论为石墨烯在太赫兹区的应用提供了理论参考。