石墨烯產(chǎn)生太赫茲理論及波導器件的研究.pdf

1、近些年來,隨著半導體微電子技術、超快激光技術以及非線性光學頻率變換技術的飛速發(fā)展,與THz輻射和THz波導相關的THz波技術逐漸成為國際研究的熱點。作為THz研究領域的關鍵性問題,研制出高能量、高效率且能在室溫下穩(wěn)定運轉、帶寬可調的THz輻射源,和低損耗、寬頻帶、長距離傳輸?shù)腡Hz波導一直是各國科學家們熱衷于研究的重點。
　　石墨烯作為一種新型的材料具有很多其他新型材料無法比擬的特性,它的等離子體震蕩、可外部控制的電導率以及可調諧

2、的禁帶寬度等特性都與THz技術息息相關。由于本身電子和空穴無間隙的線性能級結構,使得石墨烯具有諸如在THz頻段擁有很好的負電導率,以及具有可作為THz源產(chǎn)生和放大的材料的電學與光學特性。石墨烯產(chǎn)生THz波的原理和方法與現(xiàn)有的光學以及電學方法有所不同,可以用它來制作相對穩(wěn)定和高功率的THz源。同時,通過合理的設計波導結構和尺寸,我們還可以制作出低損耗、寬頻帶的THz波導器件。
　　本論文主要對石墨烯產(chǎn)生THz波的理論進行分析和計算,

3、同時設計了一種摻石墨烯材料的THz波導器件,并對其性能參數(shù)進行了分析計算。現(xiàn)將本論文的主要內容和創(chuàng)新點歸納如下:
　　1.總結了THz的光子學與電子學的產(chǎn)生方法,技術應用和發(fā)展現(xiàn)狀。全面介紹了石墨烯的制作方法以及其能帶結構和電子特性。
　　2.重點分析了外延生長石墨烯基礎理論與產(chǎn)生THz的理論。討論了石墨烯光生載流子復合機制,利用石墨烯產(chǎn)生THz的模型與方法,石墨烯負電導率與THz波的產(chǎn)生關系,得出了高能、寬頻THz輸出必需

4、的負電導率區(qū)域特點。
　　3.對石墨烯負電導率的理論進行了分析。得出有效溫度、載流子濃度、聲子散射時間以及復合時間對石墨烯電導率的影響關系。隨著泵浦強度的增加,石墨烯在THz波段表現(xiàn)出很強的帶間躍遷效應,對電導率負部貢獻較大。材料有效溫度的增加使電導率負值向負值移動,且負值部分曲線更加平滑、頻率范圍更寬。計算分析得到最低達-105×5-/S m的頻率大于2THz的負電導率區(qū)間。
　　4.設計了一種新型低損耗雙石墨烯層的THz