可调太赫兹超介质吸波体研究

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介于微波和红外波波段的太赫兹波有许多优异的特点,相关应用领域受到广泛关注。作为具有超常电磁特性的超介质,一直是科研人员的研究热点。本文将石墨烯与超介质相结合,研究了太赫兹波段且吸收率可调的超介质吸波体,并对石墨烯电磁特性和相关吸波理论进行了讨论与分析。简要介绍了太赫兹波和太赫兹超介质吸波体的研究状况和应用;对石墨烯的电磁特性进行了详细的说明和讨论,介绍了三种分析超介质吸波体的等效介质理论、阻抗匹配理论和多次干涉理论。结合研究进展以及理论依据,重点研究设计了两款不同种类的太赫兹超介质吸波体:一是加载石墨烯的五频太赫兹超介质吸波体。仿真结果显示在0.93 THz,1.72 THz,2.39 THz,3.05 THz和3.72 THz达到较高的吸收峰值,并且保持较好的极化不敏感和宽入射角特性。对比仿真了不同介质层厚度和不同石墨烯结构下的吸收率变化情况,通过电场能量分布状态图,进一步分析了吸波体的吸收机理。基于石墨烯化学势可调控的性质,实现了吸波体吸收率动态可调的功能。二是加载石墨烯的宽频太赫兹超介质吸波体。通过圆环和圆盘相结合排列的形式,实现了在1.15 THz至2.73 THz频带内,吸收率达到90%以上,相对带宽达到81.44%。同样,吸波体具有极化不敏感、宽入射角和可调的特性。基于等效阻抗理论,超介质与自由空间阻抗匹配情况良好。利用表面电流、电场能量分布,解释了电磁波吸收机理。通过石墨烯化学势的改变,完成吸收率从0到100%的动态调节。加载石墨烯的超介质吸波体不仅能够实现多频和宽频的吸收特性,而且能够实现吸收率动态可调的性能,在可调器件的设计中有一定的应用价值。
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