具有分离门的电抽运多层石墨烯负动态电导率的理论研究

本文提出了具有分离门的电抽运多层石墨烯结构, 建立了电诱导n-i-p结的理论模型, 计算了集居数反转的条件下与带内和带间跃迁相关的动态电导率, 讨论了偏置电压、门电压、石墨烯层数以及动量弛豫时间对动态电导率的影响. 结果表明, 在一定条件下, 动态电导率的实部在太赫兹范围内可以是负的, 即带间辐射大于带内吸收, 论证了电抽运多层石墨烯结构作为产生太赫兹相干光源的激活物质的可行性.     

特种工程塑料太赫兹光学参数测量及误差分析

以聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)及其玻璃纤维增强材料(PPS-GF30,PEI-GF30)为样品,获得了在太赫兹频段的光谱特性。首先,利用太赫兹时域光谱系统,在透射模式下,测试了四种材料在自由空间的时域信号。然后,根据提取光学参数的物理模型及菲涅尔透射公式计算材料的折射率及消光系数,同时对物理模型和菲涅耳公式解析法仿真,保障了实验测试和算法的合理性与可靠性。最后,依据误差传输理论计算了由主要因素决定的光学参数误差。在样品各自的太赫兹有效频段,实验显示： PPS： n=1.889~1.945(误差0.003~0.012),κ=0.001~0.047、(误差0.000 1~0.002 6),PPS-GF30： n=1.654~1.672(误差0.003~0.004),κ=0.002~0.057(误差0.000 1~0.002 8),PEI： n=1.713~1.733(误差0.002~0.012),κ=0.005~0.035(误差0.000 1~0.003 0),PEI-GF30： n=1.688~1.732(误差0.003~0.004),κ=0.036~0.068(误差0.000 2~0.002 6)。结果表明： 作为太赫兹超材料器件的基底,PPS适合低频,PEI适合高频,玻璃纤维增强的PPS,PEI相比纯样品,不仅力学性能得到改善,并有利于信号探测,而且在有效频段的高频部分,探测灵敏度更强。研究提供了PPS,PEI及其玻璃纤维增强材料在太赫兹频段的基础参数,为太赫兹领域超材料器件的研究提供了重要参考。     

光抽运石墨烯太赫兹负动态电导率的理论研究

石墨烯特殊的零带隙能带结构和载流子弛豫特性,在研究太赫兹辐射源相干放大领域引起广泛关注。考虑带内和带间跃迁对电导率的贡献,研究了光抽运单层和多层石墨烯中非平衡二维电子-空穴系统的动态电导率特性。结果表明,在足够强的光抽运下,石墨烯中的粒子数反转能够使得动态电导率的实部在太赫兹频段内出现负值,这使基于石墨烯的太赫兹放大或受激辐射源成为可能。同时,通过研究动量弛豫时间、温度、层数、光强对石墨烯的负动态电导率的影响表明,石墨烯多层结构的动态电导率最小值的绝对值更大,作为太赫兹激光器的激活介质更具优势。     

天然硫化橡胶热氧老化中太赫兹介电谱

天然橡胶制品的老化是其使用中普遍存在的现象,老化的本质是材料本身存在缺陷而容易被外部因素影响。介电谱是表征电介质对电磁波频率或温度的依赖关系,是微观极化的一种宏观体现。参照橡胶热空气老化标准GB/T3512-2014,对天然硫化橡胶在100℃实验箱中进行了1 000余小时热氧实验,研究样品的太赫兹介电谱随老化时间的变化关系。通过跟踪测试,获取了橡胶每24 h在0.2~1.2 THz的复介电常数和损耗角正切值有效数据,根据复介电常数数值可以推导橡胶的极化特点和统计性的微观运动类型,进而分析用太赫兹介电谱表征的天然硫化胶热氧老化过程中分子结构变化和相互的对应关系。由于材料老化的相通性,该结果对研究其他高分子材料的老化也能起到积极的意义。     

飞秒激光泵浦剥离层石墨烯实现太赫兹波放大的研究

基于光激发石墨烯的瞬态电子-空穴的弛豫/复合过程中,在Dirac点附近形成粒子数反转并产生THz波段负动态电导率的机理,研究剥离层石墨烯在室温条件下实现THz波段电磁波的受激放大。理论推导了剥离层石墨烯动态电导率的表达式,并研究了动态电导率随信号波长、石墨烯层数和泵浦光强度的变化关系,对单层和多层石墨烯结构作了分析比较。分析了与动态电导率有关的增益并进行了数值计算与模拟。研究表明,在室温条件下,剥离层石墨烯可以实现THz波段电磁波的有效放大。     

具有分离门电抽运石墨烯中电子-空穴等离子体的冷却效应

本文研究了室温条件下具有分离门的电诱导石墨烯n-i-p结构中, 与电子和空穴注入有关的粒子数反转效应. 考虑n区横向电场的屏栅效应, 计算了电子-空穴的有效温度与门电压以及光声子的有效温度与门电压的关系, 结果表明注入可以导致n区中电子-空穴等离子体显著冷却, 直至低于晶格温度; 计算了电流-电压特性以及与频率有关的动态电导率, 在一定的电压下, 动态电导率在太赫兹频段可以为负值. 研究表明电子-空穴等离子体冷却能够加强负动态电导率效应, 提高实现太赫兹激射的可行性. 关键词： 石墨烯 n-i-p结构 有效温度 动态电导率