波导是指引导电磁波沿一定方向传播的装置,而传统的波导系统很难在太赫兹频段工作,且无法实现灵活可调这一特点。近几年,石墨烯凭借其优越的性能,在通信、电磁、光学等更多领域成为了人们关注的焦点,因此,本文用石墨烯设计了一种圆柱石墨烯波导模型,并实现了其在传感器中的应用。首先,我用有限元法(Finite Element Method,FEM)对圆柱石墨烯波导的传输特性进行了全面的分析,通过有限元法得到的圆柱石墨烯波导的色散关系与理论推导的色散关系一致;圆柱石墨烯波导中表现出的不同等离子模式突显了石墨烯强模式约束能力;通过改变介质圆柱半径、相对介电常数及石墨烯化学势对色散关系影响的仿真实验中发现,波导的传输特性可以通过结构参数和化学势灵活调节,这也表明通过调整石墨烯化学势可以实现单模操作的可能性。紧接着,对圆柱石墨烯波导和圆柱金波导进行了对比,结果表明:圆柱石墨烯波导等离子体模式的有效模式指数明显大于圆柱金波导,这也说明了圆柱石墨烯波导的束缚能力明显强于圆柱金波导,等离子体波长短于圆柱金波导。我所研究的圆柱石墨烯波导实现其工作频率的动态调节,达到一个波导可以重复多用的目的,降低了对波导生产及加工的成本,可以对以后的实际应用产生更好的收益,节能环保,从而进行可循环的发展。最后,设计了圆柱石墨烯波导传感器模型,得到该传感器的谐振模式,通过仿真提取了圆柱石墨烯波导的谐振谱,并对比计算了传感器本征频率与实际谐振频率间的误差。通过调节圆柱石墨烯传感器化学势发现:增大石墨烯化学势,此时传感器谐振频率向较大的方向进行偏移,这样的现象称为蓝移,证明了该传感器具有灵活可调的特性;此外还研究了加入待测物后传感器的灵敏度,增大待测物介电常数实部,此时传感器谐振频率会向较小的方向进行偏移,这种现象称为红移;增大待测物介质介电常数虚部不会影响谐振峰的移动,但是会减小谐振峰的峰值。以三种分子为例(乙醇、甲苯、二氧化硫(SO2))进行检测识别,传感器可以很轻松地识别及检测出这三种分子,而且这些分子的振动吸收谱与圆柱石墨烯波导传感器的透射谱变化趋势完全吻合,分子与场相互作用的区域长度越长,分子的吸收能力越强。此外,还探究了所需要测试的分子厚度对透射谱的作用,通过仿真分析得到,待测物的厚度基本不影响透射谱的大致的变化趋势,这说明透射谱对待测物的厚度并不敏感,传感器具有很好的鲁棒性。将圆柱石墨烯波导设计成为传感器,实现了不同波段范围的分子检测与识别,同时也为波导实现在太赫兹频段的应用提供了可能。