【摘要】：隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展,由于人工電磁材料對(duì)電磁波獨(dú)特的調(diào)控特性,在民用及國(guó)防都有非常重要的應(yīng)用,因此成為電磁領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。周期性結(jié)構(gòu)作為人工電磁材料中一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),也引起了人們的關(guān)注。本文主要研究周期性結(jié)構(gòu)中的光子晶體和電磁誘導(dǎo)透明這兩種,同時(shí)在設(shè)計(jì)周期性結(jié)構(gòu)時(shí)引入半導(dǎo)體和石墨烯這兩種色散介質(zhì)。由于半導(dǎo)體和石墨烯的物理特性可以通過(guò)許多參數(shù)進(jìn)行調(diào)制,因此利用這兩種色散介質(zhì)來(lái)設(shè)計(jì)可調(diào)諧周期性結(jié)構(gòu)時(shí),具有非常大的優(yōu)勢(shì)。本文主要設(shè)計(jì)了兩種周期性結(jié)構(gòu),分別是基于半導(dǎo)體的一維光子晶體結(jié)構(gòu)和基于石墨烯的電磁誘導(dǎo)透明結(jié)構(gòu),研究了它的傳輸特性和可調(diào)諧等特性。本文的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)為以下幾點(diǎn):1、討論了光子晶體研究時(shí)主要采用的幾種算法,分別闡述了各種算法在處理不同問(wèn)題時(shí)的優(yōu)劣。同時(shí)對(duì)本文使用的特征矩陣法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和推導(dǎo)。還采用特征矩陣法研究了一維非磁化半導(dǎo)體光子晶體在太赫茲波段的傳輸特性和全向光子帶隙(OBG)。由于該器件的OBG對(duì)入射電磁波極化方式和入射角都不敏感,因此可以用來(lái)設(shè)計(jì)全向反射器。我們還討論了各個(gè)參數(shù)(填充率和等離子體頻率)對(duì)OBG的影響。2、研究設(shè)計(jì)了基于一維半導(dǎo)體光子晶體的模式分離器。對(duì)半導(dǎo)體的磁光Voigt效應(yīng)進(jìn)行論述,分析在磁光Voigt效應(yīng)下,半導(dǎo)體材料的物理特性和理論模型,同時(shí)研究了當(dāng)存在外加磁場(chǎng)時(shí),一維磁化半導(dǎo)體光子晶體的傳輸特性和模式分離特性,還討論了當(dāng)外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí),該結(jié)構(gòu)的模式分離的頻帶可以在一個(gè)較大的頻率范圍發(fā)生調(diào)節(jié)。3、研究設(shè)計(jì)了基于石墨烯的電磁誘導(dǎo)透明結(jié)構(gòu)。論述了石墨烯的物理特性和理論模型,分析了各個(gè)參數(shù)對(duì)其介電常數(shù)的影響,同時(shí)還研究了基于石墨烯的電磁誘導(dǎo)透明器件的機(jī)理,分析其傳輸特性以及各個(gè)參數(shù)對(duì)其傳輸特性的影響。還研究了該結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧特性,通過(guò)改變費(fèi)米能級(jí),可以在不改變結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下使得透明窗口的頻率在一個(gè)較大的頻率范圍調(diào)節(jié)。
[Abstract]:With the rapid development of modern communication technology, artificial electromagnetic materials have a very important application in civil and national defense because of their unique control characteristics of electromagnetic wave, so it has become a new research hotspot in electromagnetic field. As a topological structure in artificial electromagnetic materials, periodic structure has attracted much attention. In this paper, photonic crystals and electromagnetically induced transparency in periodic structures are studied. Semiconductor and graphene are introduced in the design of periodic structures. Because the physical properties of semiconductors and graphene can be modulated by many parameters, the use of these two dispersive media to design tunable periodic structures has a great advantage. In this paper, two kinds of periodic structures are designed, they are one-dimensional photonic crystals based on semiconductors and electromagnetically induced transparent structures based on graphene. The transmission and tunable properties of these structures are studied. The research content and innovation of this paper are as follows: 1. Several algorithms used in photonic crystal research are discussed, and the advantages and disadvantages of these algorithms in dealing with different problems are discussed. At the same time, the characteristic matrix method used in this paper is introduced and deduced in detail. The propagation characteristics of one-dimensional unmagnetized semiconductor photonic crystals in terahertz band and omnidirectional photonic band gap (OBG).) are also studied by eigenmatrix method. Because the OBG of the device is not sensitive to the polarization mode and incident angle of incident electromagnetic wave, it can be used to design omnidirectional reflector. We also discuss the influence of various parameters (filling ratio and plasma frequency) on OBG, and design a mode separator based on one-dimensional semiconductor photonic crystal. The magneto-optic Voigt effect of semiconductors is discussed. The physical properties and theoretical models of semiconductor materials under magneto-optic Voigt effect are analyzed. At the same time, when there is an external magnetic field, the physical properties and theoretical models of semiconductor materials are analyzed. The transmission and mode separation characteristics of one-dimensional magnetized semiconductor photonic crystals are discussed. The mode separation frequency band of this structure can be adjusted in a large frequency range. The electromagnetically induced transparent structure based on graphene is studied and designed. The physical properties and theoretical models of graphene are discussed. The influence of various parameters on its dielectric constant is analyzed. The mechanism of electromagnetically induced transparent devices based on graphene is also studied. Its transmission characteristics and the influence of each parameter on its transmission characteristics are analyzed. The tunable characteristics of the structure are also studied. By changing the Fermi energy level, the frequency of the transparent window can be adjusted in a large frequency range without changing the structural parameters.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O441;O734

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本文編號(hào)：2256913