發(fā)布時(shí)間：2018-07-04 14:31

  本文選題：太赫茲 + 調(diào)制器��； 參考：《天津大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：太赫茲是近年來電磁波的研究熱點(diǎn),許多科研小組投入其中,與之相關(guān)的太赫茲源、太赫茲探測器等器件層出不窮。但是,太赫茲波段的調(diào)制器件卻仍然比較匱乏,主要原因是很多自然界的材料在太赫茲波段沒有響應(yīng)。針對該研究背景,本論文利用人工超材料和石墨烯新型材料,結(jié)合理論、模擬仿真和實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面,設(shè)計(jì)了太赫茲波的主、被動(dòng)有效調(diào)制器件,具體內(nèi)容包括:(1)太赫茲被動(dòng)式可調(diào)帶阻濾波器研究。應(yīng)用基本的U形結(jié)構(gòu),通過改變兩個(gè)U形結(jié)構(gòu)的相對位置等參數(shù),實(shí)現(xiàn)了調(diào)制范圍為~0.3 THz的太赫茲帶阻濾波器。用LMC等效電路模型預(yù)測出濾波器的共振頻率,并且得到了電路模型中相應(yīng)的電容、自感、互感的具體表達(dá)式和數(shù)值。(2)基于超材料和石墨烯的被動(dòng)式太赫茲調(diào)制器研究。把非對稱SRR結(jié)構(gòu)與單層石墨烯結(jié)合,發(fā)現(xiàn)在太赫茲透過頻譜幅值中,Fano諧振的變化比偶極子諧振的變化大。通過分析模擬得出的表面電流和電場分布,得到該現(xiàn)象是由Fano諧振處,電場被牢固地局域到電容縫隙處產(chǎn)生的。該現(xiàn)象也預(yù)示著Fano諧振可以用于傳感石墨烯。(3)基于硅和石墨烯的主動(dòng)式太赫茲調(diào)制器研究。把兩層CVD石墨烯先后轉(zhuǎn)移到N型硅基底上,同時(shí)外加連續(xù)綠光光泵和較低的外置偏壓,實(shí)現(xiàn)了對太赫茲信號的類二極管調(diào)制:正向偏壓時(shí),太赫茲能通過;負(fù)向偏壓時(shí),太赫茲被截止。在光泵為420 mW,電壓為-4 V條件下,得到最高調(diào)制深度為83%。利用CST軟件、薄膜近似理論和Drude模型很好地重現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并且得到了石墨烯的費(fèi)米能級、介電常數(shù)等參數(shù)的具體數(shù)值。(4)基于超材料和石墨烯的主動(dòng)式太赫茲調(diào)制器研究。把單層石墨烯轉(zhuǎn)移到U形亞波長陣列上,在外加連續(xù)光泵和偏置電壓下,石墨烯的電導(dǎo)率發(fā)生變化,進(jìn)而LC諧振和太赫茲的透過隨之改變。通過對比石墨烯和光電導(dǎo)硅層的電導(dǎo)率的不同,定性分析了石墨烯費(fèi)米能級的變化。
[Abstract]:Terahertz (THz) is a hot research topic in recent years, and many research groups have been involved in it, and the related devices, such as terahertz sources, terahertz detectors and so on, are emerging in endlessly. However, terahertz modulation devices are still scarce, mainly because many natural materials do not respond in terahertz band. Aiming at this research background, the active and passive modulation devices of terahertz wave are designed by using artificial supermaterials and graphene new materials, combined with theory, simulation and experiment. The main contents are as follows: (1) the research of THz passive tunable band-stop filter. A terahertz bandstop filter with modulation range of 0.3 THz is realized by changing the relative position of the two U-shaped structures. The resonance frequency of the filter is predicted by using the LMC equivalent circuit model, and the corresponding expressions and values of capacitance, self-inductance and mutual inductance in the circuit model are obtained. (2) A passive terahertz modulator based on metamaterials and graphene is studied. By combining asymmetric SRR structure with graphene monolayer, it is found that the variation of Fano resonance in terahertz spectrum is larger than that of dipole resonance. By analyzing the surface current and electric field distribution obtained from the simulation, it is found that this phenomenon is produced by the Fano resonance and the electric field is firmly localized to the capacitance slot. This phenomenon also indicates that the Fano resonance can be used for sensing graphene. (3) the active terahertz modulator based on silicon and graphene is studied. By transferring two layers of CVD graphene to N-type silicon substrate successively, adding continuous green light pump and lower external bias voltage, the diode like modulation of terahertz signal is realized: at forward bias, terahertz can pass through, and at negative bias, Terahertz was closed. The maximum modulation depth is 83 when the pump is 420 MW and the voltage is -4 V. Using CST software, film approximation theory and Drude model, the experimental results are well reproduced, and the specific values of the Fermi level and dielectric constant of graphene are obtained. (4) the active terahertz modulator based on metamaterials and graphene is studied. When graphene monolayer is transferred to U-shaped sub-wavelength array, the conductivity of graphene changes under the condition of continuous pump and bias voltage, and the LC resonance and terahertz permeation change accordingly. The variation of Fermi level of graphene is qualitatively analyzed by comparing the conductivity of graphene with that of photoconductive silicon.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN713;TN761

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本文編號：2096373