【摘 要】
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太赫兹波因为具有宽带性,是未来6G宽带无线通信的理想波段,太赫兹功能器件的研究也因此成为当前国际学术界的研究热点之一。太赫兹波幅度和相位的动态调控是太赫兹技术应用中的关键环节,由于传统材料在太赫兹频段的响应特性较差,很难满足太赫兹波参量快速调控的需求。石墨烯是一种新型的二维材料,具有优越的物理特性和费米能级光电可调特性,在太赫兹波参量动态调控中具有重要的应用价值。本文重点研究基于石墨烯/金属复合超
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太赫兹波因为具有宽带性,是未来6G宽带无线通信的理想波段,太赫兹功能器件的研究也因此成为当前国际学术界的研究热点之一。太赫兹波幅度和相位的动态调控是太赫兹技术应用中的关键环节,由于传统材料在太赫兹频段的响应特性较差,很难满足太赫兹波参量快速调控的需求。石墨烯是一种新型的二维材料,具有优越的物理特性和费米能级光电可调特性,在太赫兹波参量动态调控中具有重要的应用价值。本文重点研究基于石墨烯/金属复合超表面的太赫兹波动态调控器件,主要内容如下:1、研究了石墨烯的能带特性以及调控机理,为基于石墨烯与金属复合超表面进行太赫兹波幅度、相位等参量动态调控器件的设计提供了理论基础。2、设计了一种太赫兹幅度动态调制器和两种太赫兹相位动态调控器件。（1）设计的太赫兹波幅度动态调控器,通过调节石墨烯的费米能级,实现对太赫兹波透射率在98%到34%之间动态可调。而且可调范围在1.49 THz至4.05 THz,实现了超宽带调控。（2）设计的透射式太赫兹波相位动态调控器,通过调节石墨烯的费米能级,在4.3THz处相位达到了180°,并且平均效率高达27%。（3）设计的反射式全相位调控器,在1.09THz处相位达到了360°。而且,反射式180°相位调控器,效率高达20%以上。3、研究了反射式全相位调控器在太赫兹波波束偏转和聚焦方面的应用,采用反射式全相位调控器的结构参数,在数值仿真上得到了验证。4、研究了反射式调制器的制备方法。采用镀膜、转移石墨烯、光刻等微纳加工工艺,制备了调制器样片,并用太赫兹时域光谱系统进行了性能测试,测试结果与仿真结果接近。本文基于石墨烯/金属复合超表面设计的太赫兹波动态调控器件有望应用于太赫兹宽带通信、检测、传感、全息成像、透镜和相控阵天线等方面,对太赫兹技术的发展具有重要的推动作用。
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