基于石墨烯的可调谐太赫兹光子晶体结构

本文将石墨烯引入到常规光子晶体中构建一种新型光子晶体, 首次从理论上严格导出了决定其能带结构的色散关系, 由于色散关系中石墨烯电导率的存在导致了它具有与常规光子晶体有所不同的特殊光学性质, 我们发现, 随着费米能增大, 低频段能带迅速向高频移动, 而高频段能带移动缓慢, 导致了常规光子晶体没有的能带压缩现象的发生, 究其原因在于石墨烯在低频段电导率迅速变化, 而高频段电导率变化缓慢, 导致能带向高频压缩, 使得光波原先允许频率变成禁止传播, 而禁止频率变成允许传播.     

基于石墨烯的太赫兹器件研究进展

石墨烯是一种零带隙二维的半导体材料, 具有极高的载流子迁移率, 优异的机械、电学、热学和光学等性能. 在太赫兹辐射源、调制器和探测器件的研究中, 石墨烯材料具有独特的优势. 本文以石墨烯材料在太赫兹辐射源、调制器以及探测器等器件方面的应用为主, 综述了石墨烯太赫兹器件的最新研究进展.     

基于石墨烯的光学控制窄带太赫兹开关

本文提出了一种光控太赫兹开关,该开关采用覆盖单层石墨烯的十字金属谐振器超表面。利用石墨烯表面电导率模型和有限元法计算了这种复合结构的光谱特性。模拟结果表明,在0.2 W/mm²的光泵浦后,传输谱（调制深度为36.8%,Q-因子为250）出现了窄带共振衰减现象。另外,这种衰减的调制深度可以通过改变泵浦强度微调节。因此,光学可调谐太赫兹开关的设计将有助于太赫兹通信应用的功能组件开发。     

太赫兹自由电子激光光腔光子晶体镜的设计

利用传输矩阵法对太赫兹自由电子激光光腔光子晶体镜进行了模拟设计,中心波段在1~3 THz。对光腔镜的光子晶体结构参数如介质厚度、层数、折射率与反射率的关系等进行了研究,并给出了一维光子晶体用于高反镜的设计方法。通过对耦合输出镜光子晶体中引入缺陷层情况的数值模拟,发现通过对缺陷层的调节设计,可以实现耦合输出率的可调谐;并给出了可用于THz 自由电子激光光腔耦合输出镜的调节方法。通过对介质层厚度的调节设计,可以实现反射光谱的整体移动,从而实现宽谱可调谐,扩大了高反镜及耦合输出镜的调节范围。     

太赫兹自由电子激光光腔光子晶体镜的设计

利用传输矩阵法对太赫兹自由电子激光光腔光子晶体镜进行了模拟设计,中心波段在1~3 THz。对光腔镜的光子晶体结构参数如介质厚度、层数、折射率与反射率的关系等进行了研究,并给出了一维光子晶体用于高反镜的设计方法。通过对耦合输出镜光子晶体中引入缺陷层情况的数值模拟,发现通过对缺陷层的调节设计,可以实现耦合输出率的可调谐;并给出了可用于THz 自由电子激光光腔耦合输出镜的调节方法。通过对介质层厚度的调节设计,可以实现反射光谱的整体移动,从而实现宽谱可调谐,扩大了高反镜及耦合输出镜的调节范围。     

石墨烯与太赫兹科学

石墨烯（Graphene）是材料科学和物理科学领域一颗冉冉升起的新星.作为一种具有优异晶体品质和电子性质的二维材料,石墨烯表现出独特的电子输运、光学耦合、电磁学和其他新奇的性质.例如,石墨烯的禁带宽度和有效质量为零,其电子和空穴的运动方式与相对论性粒子相同.另外,石墨烯拥有已知材料中最高的迁移率,且其迁移率基本与温度无关.石墨烯具有众多的新颖物理现象和应用潜能,其中在太赫兹科学上的应用前景尤其广阔.石墨烯的等离子振荡、可外部控制的导电率及可人为调谐的禁带宽度都与太赫兹科学息息相关.文章重点地介绍了石墨烯的     

石墨烯与太赫兹科学

石墨烯(Graphene)是材料科学和物理科学领域一颗冉冉升起的新星.作为一种具有优异晶体品质和电子性质的二维材料,石墨烯表现出独特的电子输运、光学耦合、电磁学和其他新奇的性质.例如,石墨烯的禁带宽度和有效质量为零,其电子和空穴的运动方式与相对论性粒子相同,另外,石墨烯拥有已知材料中最高的迁移率,且其迁移率基本与温度无关,石墨烯具有众多的新颖物理现象和应用潜能,其中在太赫兹科学上的应用前景尤其广阔.石墨烯的等离子振荡、可外部控制的导电率及可人为调谐的禁带宽度都与太赫兹科学息息相关.文章重点地介绍了石墨烯的基本性质和最新研究进展,并展望了石墨烯在太赫兹科学上的应用前景,包括石墨烯的太赫兹特性研究及石墨烯太赫兹器件.     

石墨烯太赫兹波动态调制的研究进展

石墨烯是一种有着独特电学和光学性质的二维材料,近年来在太赫兹波动态调制的研究中有着广泛的应用。本文主要对基于石墨烯的太赫兹波动态调制器件进行了综述,分析了电调制、光调制和光电混合调制3种调制方法的原理和优缺点,介绍了近几年来将石墨烯应用于太赫兹波动态调制所取得的一系列科研成果,着重对不同器件的调制性能进行了对比,分析了优势和不足。石墨烯可调超材料为实现更快速、高效的太赫兹调制器件提供了新的思路。     

光子晶体对太赫兹波的调制特性研究

利用传输矩阵方法研究了掺杂半导体n-GaAs/聚碳酸脂一维光子晶体的太赫兹波透射谱.研究结果发现,与一般由两种介电材料组成的一维光子晶体不同,由于掺杂半导体中自由载流子对太赫兹波存在较强的吸收,所以这种材料组成的一维光子晶体除可形成光子带隙外,还可以增强n-GaAs对太赫兹波的透射.同时还提出了一种基于这种一维光子晶体的太赫兹波调制器,通过外加电压控制半导体中电子浓度的大小可实现对太赫兹透射波幅度的调制. 关键词： 掺杂半导体光子晶体 太赫兹波 太赫兹波的调制     

低损宽频高双折射太赫兹光子带隙光纤

设计了一种低损耗、宽频段、高双折射太赫兹光子带隙光纤,呈三角晶格排列的亚波长空气孔包层实现了带隙的局域作用.利用全矢量有限元法对光纤的双折射及损耗特性进行了理论分析.结果表明,在大约0.3 THz的宽频范围内,类矩形纤芯太赫兹光子带隙光纤的损耗小于0.009 cm^-1,相双折射在10^-3数量级,群双折射可达10^-2数量级. 关键词： 太赫兹 太赫兹波导 光子晶体光纤 双折射     

掺杂石墨烯系统电场调控的非线性太赫兹光学特性研究

石墨烯是单原子厚的二维狄拉克相对论费米子系统,其优秀的光电学性质得到了广泛的关注和研究. 本论文利用量子理论研究掺杂石墨烯系统外电场和光场共同作用下的非平衡载流子的非线性太赫兹光学性质. 研究发现,掺杂石墨烯带内光吸收表现出强的非线性太赫兹光学特性. 随着外加偏压电场的增大,石墨烯非线性光学响应增强;随着外界太赫兹光频率的减小,非线特性增强. 研究表明通过改变电场强度,可以有效调节石墨烯系统太赫兹非线性光学特性. 研究结果为探索和发展以石墨烯为基础的新型纳米太赫兹光电器件的研究和实际应用提供了理论依据. 关键词： 石墨烯 太赫兹 非线性 光电流     

Ultra-compact terahertz switch with graphene ring resonators

We propose and numerically demonstrate a compact terahertz wave switch which is composed of two graphene waveguides and three graphene ring resonators. Changing the bias voltage of the Fermi level in the center graphene ring, the resonant mode can be tuned when the plasmon waves in the waveguides and rings are coupled. We theoretically explain their mechanisms as being due to bias voltage change induced carrier density of graphene modification and the coupling coefficients of graphene plasmon effect after carrier density change, respectively. The mechanism of such a terahertz wave switch is further theoretically analyzed and numerically investigated with the aid of the finite element method. With an appropriate design, the proposed device offers the opportunity to ‘tune' the terahertz wave ON–OFF with an ultra-fast, high extinction ratio and compact size. This structure has the potential applications in terahertz wave integrated circuits.     

Tunable terahertz plasmon in grating-gate coupled graphene with a resonant cavity

Plasmon modes in graphene can be tuned into resonance with an incident terahertz electromagnetic wave in the range of 1–4 THz by setting a proper gate voltage.By using the finite-difference-time-domain(FDTD)method,we simulate a graphene plasmon device comprising a single-layer graphene,a metallic grating,and a terahertz cavity.The simulations suggest that the terahertz electric field can be enhanced by several times due to the grating–cavity configuration.Due to this near-field enhancement,the maximal absorption of the incident terahertz wave reaches up to about 45%.     

基于石墨烯编码超构材料的太赫兹波束多功能动态调控

提出了一种基于石墨烯带的太赫兹波段的1 bit编码超构材料,可以实现太赫兹波束的数目、频率、幅度等参数多功能动态调控.该结构由金属薄膜、聚酰亚胺、硅、二氧化硅、石墨烯带组成.通过对石墨烯带施加两种不同的电压,可以实现一定频率范围内相位差接近180?的"0"和"1"数字编码单元,进而构成1 bit动态可控的编码超构材料.全波仿真结果表明,不同序列的编码超构材料能够实现波束数目从单波束、双波束、多波束到宽波束的调控.相同序列的编码超构材料,通过施加石墨烯带的不同电压能够实现宽频段波束频率的偏移.对于000000或者111111周期序列的编码超构材料,通过施加石墨烯带的不同电压还能够实现波束幅度的调控.因此这种基于石墨烯带的编码超构材料为灵活调控太赫兹波提供了一种新的途径,将在雷达隐身、成像、宽带通信等方面具有重要的意义.     

Ultrasensitive terahertz/infrared waveguide modulators based on multilayer graphene metamaterials

This paper studies and classifies the electromagnetic regimes of multilayer graphene‐dielectric artificial metamaterials in the terahertz/infrared range. The employment of such composites for waveguide‐integrated modulators is analysed and three examples of novel tunable devices are presented. The first one is a modulator with excellent ON‐state transmission and very high modulation depth: >38 dB at 70 meV graphene's electrochemical potential (Fermi energy) change. The second one is a modulator with extreme sensitivity towards graphene's Fermi energy ‐ a minute 1 meV variation of the latter leads to >13.2 dB modulation depth. The third one is a tunable waveguide‐based passband filter. The narrow‐band cut‐off conditions around the ON‐state allow the latter to shift its central frequency by 1.25% per every meV graphene's Fermi energy change.     

Optical response of tunable terahertz plasmon in a grating-gated graphene transistor

Tunable terahertz plasmon in a graphene-based device with a grating serving as a top gate is studied. Transmission spectra exhibit a distinct peak in the terahertz region when the terahertz electric field is perpendicular to the grating fingers.Our results show that the extinction in the transmission of single-layer graphene shields beyond 80%. Electronic results further show that the graphene plasmon can be weakly adjusted by tuning the gate voltage. Theoretical calculation also implies that the plasmon frequency of graphene can fall into the terahertz region of 1–2 THz by improving the sustaining ability and capacitance of the top gate.