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基于石墨烯超表面材料的波前调控特性研究

时间:2020-06-21 14:46来源:毕业论文
基于石墨烯超表面材料的波前调控的研究因其广泛的应用前景而逐渐成为了电磁调控领域的研究热点。本文设计一种基于石墨烯超表面材料的波前调控,利用 HFSS 电磁仿真软件对其在太

摘要将石墨烯与超表面材料结合起来,最大的优势就是通过外加在材料上电压的变化,可以改变石墨烯的电导率,从而改变结构的振荡,进而改变电磁波在结构中传输的相位,从而实现达到主动调谐波前的目的。所以基于石墨烯超表面材料的波前调控的研究因其广泛的应用前景而逐渐成为了电磁调控领域的研究热点。本文设计一种基于石墨烯超表面材料的波前调控,利用 HFSS 电磁仿真软件对其在太赫兹波段振荡性能进行研究,并通过调节施加在石墨烯上的偏置电压,改变其费米能级从而调节其振荡,进而调控石墨烯相关体系的波前特性。 该论文有图 13 幅,参考文献29篇。 51398
毕业论文关键词:石墨烯  超表面  波前调控  电磁仿真模拟    Tunable Terahertz Wavefronts Based on Graphene Meta-surfaces  Abstrsct  The biggest advantage of combining grephene and meta-surface meterial is changing the conductivity of graphene through the change of the voltage on the material, so as to change the structure of the oscillation, and the phase of the electromagnetic wave transmission in the structure,so as to realize the purpose of achieving active harmonic the front. Therefore, tunable terahertz wavefronts based on graphene meta-surfaces  is becoming a hot research topic for its wide application prospect in the field of electromagnetic control. This paper design a model that a wavefront modulation based on graphene meta-surfaces  and change the applise voltage by using HFSS to study the oscillation properties in the terahertz band in the porpose of providing the reference of theoretical and experimental in the field of the wavefront modulation based on graphene meta-surfaces. 
Key  words:  Graphene;  Meta-surface;  Wavefront modulation;  Electromagnetic simulation    

目录

摘要I

AbstrsctII

目录.III

图清单.IV

变量注释表.IV

1绪论.1

1.1研究背景.1

1.2研究意义.5

1.3主要研究内容6

2相关理论介绍.7

2.1波前调控技术.7

2.2基于超表面的波前调控技术.9

2.3模拟方法.10

2.4小结.11

3基于石墨烯超表面材料的波前调控的结构设计.12

3.1理论模型.12

3.2计算结果与分析.13

3.3波前调控机理分析.15

3.4小结.16

4总结与展望.17

参考文献.18

致谢.20
1 绪论  本课题主要涉及对石墨烯超表面材料结构的设计、波前调控电磁仿真模拟和结果理论分析。
1.1 研究背景 我们知道,传统波前调制技术都是基于光的折射、反射和衍射,并主要依靠调节材料(如玻璃)等的厚度以及几何形貌来控制光束的光程(Optical  Path),得到特定的相位传播,从而达到波前调控的目的。而在近些年来,波前调控技术所采用的材料的研究热点主要集中在超表面上,首先我们来了解一下超表面的特殊性质。 1.1.1 超表面 超表面的概念来源于超材料[1-3],即“新型人工电磁材料(metamaterial)”,也被称作“特异材料”,是这些年来物理等研究界的探索热点。作为一个新崛起领域,超材料已成为电磁学,化学、材料学等学科的关注的焦点。经过研究者不懈的努力,如今超材料已取得了可观的成绩并且广泛地应用于纳米天线,光电元件,微波电路等器件的设计中。此外,基于超材料对电磁波所具有的强烈的控制力,超材料的特殊设计,以及它能使得某些区域的折射率小于空气甚至为负的特性还被广泛的应用于奇异的现象如超分辨成像[4],完美吸波器[5],隐身斗篷[6-8]等方面。除此之外,研究者们也逐步证实了超材料在滤波、传感等方面也具有广泛的应用前景。 超表面则是由人工亚波长结构构成的超薄二维材料,是在 2011 年由美国哈佛大学Capasso 带领的课题组提出来的全新概念,是一种通过控制波前相位、振幅以及偏振状态进行波束调控的对光学有着奇异响应的金属结构表面阵列,我们可以通过调节亚波长结构阵列的表面等离子基元共振情况来实现对电磁波相位等特性的有效灵活调控。源`自,辣.文;论"文'网[www.lwfree.com超表面一般由亚波长各向异性(Anisotropic)的散射结构(Scatters)或者亚波长的孔阵列组成(又称作光学天线),通过调节结构的几何参数来调节空间具有的不同的光学响应,从而把光波波前调整为想要的形状。 超表面材料是一种特殊的超材料,通过采用金属中的电子与电磁波相互作用实现对电磁波的调制的新原理,利用单层结构化的金属材料(通常厚度为几十个纳米)实现对电磁波的裁剪和调控,从而达到用超薄的结构化金属单元实现对电磁波的调控的目的。进一步开发超薄的平板光学元器件实现无像差成像。利用超表面的特殊性,很多机构已经设计和制作了各种各样不同功能的器件,例如全息相位片、涡旋相位片、透镜等,工作波长也包括了可见光甚至到太赫兹波段。 我们知道,太赫兹波段的波长所对应的尺寸大约是几十到上百微米,相较于纳米级,这个波段所对应波长所研究出来的器件就显得十分可观,并且在红外辐射和微波段,其广泛研究已经深入人们生活。 基于石墨烯超表面材料的波前调控特性研究:http://www.lwfree.com/wuli/lunwen_55025.html

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