论文部分内容阅读
近些年来,太赫兹波辐射源与检测技术的突飞猛进使得太赫兹波相关功能器件研究的成为最新热点。石墨烯是一种具有优异电子性质与晶体品质的二维材料,它可调的电导率、禁带宽度、等离子振荡等特性使其成为设计太赫兹波可调器件的理想材料。本文研究分析了石墨烯腔体结构的太赫兹波滤波器、石墨烯圆环结构的太赫兹波开关、开口石墨烯圆环阵列结构的太赫兹波开关、石墨烯条带结构的太赫兹波功分器四种器件性能。主要研究工作如下:1.设计了基于石墨烯腔体结构的可调太赫兹波滤波器。该滤波器由硅基底、二氧化硅层、矩形石墨烯波导和四个石墨烯腔体组成。通过调节四个正方形石墨烯腔体的化学势能来控制太赫兹波传输率。仿真结果表明,当四个正方形石墨烯腔体的化学势能从0.04e V变化到0.12e V时,当频率为6THz时,太赫兹波信号传输率从0.002变化到了0.930,该滤波器的品质因数为1714,切换响应时间为5.0ms。2.设计了基于石墨烯圆环结构的太赫兹波开关,开关由三个石墨烯圆环,两个石墨烯条带以及聚甲基丙烯酸甲酯材料构成。通过调节中间石墨烯圆环的化学势能,进而有效控制太赫兹波的通断。分析结果表明,当中间石墨烯圆环的化学势能从0e V变化到0.2e V时,在频率为7THz时开关的消光比从0.59d B增大到26.99d B,开关响应速度为1.23ms。3.设计了基于开口石墨烯圆环阵列结构的太赫兹波开关。开关由一个矩形石墨烯条带和三个开口石墨烯圆环组成,矩形石墨烯条带以及三个开口石墨烯圆环均嵌在聚甲基丙烯酸甲酯中。通过调节三个开口石墨烯圆环的化学势能控制太赫兹波信号的通断。仿真结果表明,当开口石墨烯圆环的化学势能从0.1e V变化到0.2e V时,在工作频率为9THz,开关的消光比从30d B变到1d B,响应时间为1.91ms。4.设计了基于石墨烯条带结构的可调太赫兹波功分器。它由五根石墨烯条带嵌在一个聚甲基丙烯酸甲酯中而成。太赫兹波从石墨烯条带的左端输入,通过石墨烯条带之间的耦合最终从两个输出端口输出。通过调节两个中石墨烯条带的化学势能,实现太赫兹波从输出端口1与输出端口2的特定比值输出。仿真结果表明,当频率为7THz,在μc1=0e V,μc2=0e V时,输出端口1与输出端口2的太赫兹波传输率为1:1;当μc1=0.035e V,μc2=0e V,输出端口1与输出端口2输出太赫兹波传输率为1:3;当μc1=0.1e V,μc2=0e V,太赫兹波从输出端口2输出;而当μc1=0e V,μc2=0.1e V,太赫兹波从输出端口1输出。功分器的隔离度高达39.86d B,响应时间为2.1ms。