可调制石墨烯超材料在THz波段的透射性能研究

作     者：卢爽 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜久兴

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：石墨烯 超材料 太赫兹 可调制 

摘      要：太赫兹超材料在国防、医学、生物学等领域体现出了越来越重要的地位。随着太赫兹超材料研究的深入也暴露出了它的一些局限性。超材料的电磁特性由人工设计的有序结构决定,无法实现大范围的动态调谐,这很大程度上制约了功能器件的实现和实际应用。而石墨烯电导率在电压激励或者激光激励下变化非常明显,所以很适合用来调制太赫兹超材料。基于此,本文用石墨烯制备超材料并通过电压激发和激光激发来实现动态调谐。本研究采用更易控制膜厚和大小的CVD法制备石墨烯薄膜,以不同电压激发单层石墨烯薄膜,研究电压激励石墨烯对太赫兹波的调制作用。测试其太赫兹时域波形并计算太赫兹透射谱,分析正向和反向电压激励对石墨烯太赫兹传输特性的调制作用。得出正向电压增加石墨烯对太赫兹波透射率,反向电压降低太赫兹波透射率,总体调制范围约为20%。用980nm激光器以不功率分别泵浦单层石墨烯薄膜和多层石墨烯薄膜,研究激光激励石墨烯对太赫兹波的调制作用,测试分析薄膜厚度对调制效果的影响。得出随着泵浦光功率增加石墨烯对太赫兹透射性能逐渐下降,单层石墨烯调制范围更大,灵敏度高。单层约91%的调制范围,多层约为47%。在单层石墨烯薄膜上通过光刻等工艺制备超材料。测试石墨烯超材料和超材料在TE和TM波时太赫兹波的传输特性,分析得出石墨烯对超材料的谐振幅度有一定的减弱效果。测试石墨烯超材料在TE和TM波下不同电压激励的太赫兹时域波形,计算太赫兹透射率谱。得出在正向电压时透射率下降而反向电压时透射率增强,总体可达到近20%的调制范围并且谐振峰幅度一直变小,与石墨烯薄膜效果相反。说明通过石墨烯电压激励改变载流子浓度对超材料的LC谐振起到了调制效果。