论文部分内容阅读
由于单层石墨烯的等离激元能够和黏附在它表面的物质分子或者原子产生很强的耦合作用，可以利用石墨烯超表面来检测样品。同时，基于等离子诱导透明结构的超表面具有高的品质因数，在太赫兹生物无标记传感应用上具有很大的发展前景。本论文以石墨烯等离子体诱导透明(graphene plasmon-induced transparency,GPIT)结构为基础，设计并研究了几种太赫兹超材料功能器件的调制特性，并讨论了它们在太赫兹生物无标记传感中的应用机理。主要研究内容如下： 1、研究了GPIT结构在太赫兹调制器中的动态电调特性。通过改变栅极电压实现了T型石墨烯微带费米能级的调控，探讨了它对透明窗口内峰值频率的振幅调制深度和峰值频率调制范围的影响。利用耦合洛伦兹共振模型，分析了等离子体诱导透明现象的物理机制，以及透明窗口内最大群速度折射率的动态可调特性。 2、研究了基于石墨烯椭圆太赫兹完美吸收器的物理机制。讨论了入射太赫兹光的极化和入射角对吸收峰的影响，以及石墨烯费米能级和载流子弛豫时间对共振吸收的影响。 3、研究了基于GPIT结构太赫兹完美吸收器的物理机制。分析了在不同的入射电场极化情况下，T型石墨烯微带费米能级的改变对吸收带宽的影响。并根据洛伦兹函数谱线，提出一种针对石墨烯超表面吸收器的电路模型，为太赫兹完美吸收器的设计提供了理论指导。 4、研究了石墨烯等离子体诱导极化转换的物理形成机理。通过控制栅极电压改变T型石墨烯微带的费米能级，分析了透明窗口的动态调制特性。与此同时，分别探讨了石墨烯费米能级和载流子弛豫时间对极化转换的影响。并通过求解洛伦兹耦合共振模型，得到透明窗口内群速度折射率的动态可调范围。