[01645131]太赫兹无线通信中基于石墨烯调制器的研究与开发

本成果为太赫兹无线通信领域中关键器件-调制器的相关理论与技术,包括：石墨烯太赫兹波调制机理、石墨烯表面等离子体和波导性质、透射型和反射型调制器的等效电路等,进而设计了基于石墨烯透射型调制器、反射型调制器和等离子体波波导调制器,并进行了样品加工与测试。 首先在太赫兹频段内分析单层石墨烯的基本物理特性,以及石墨烯上表面等离子体和波导的传输特性,研究了基于偏置电场对石墨烯电导率调控实现对太赫兹波的调制机理,建立了电场控制的石墨烯太赫兹调制器的理论分析模型。 其次分别设计了基于石墨烯的透射型、反射型和等离子体波导调制器。其中透射型调制器工作频段为550～650GHz,在工作频段内的调制深度为81%,调制速度为38.6KHz,插入损耗小于3dB,相关成果已发表在SCI期刊Micro ＆ Nano Letters上（Graphene-based THz modulator analysed by equivalent circuit model 2016, 11（8）： 439-442）,同时申请了国家发明专利。并对透射型调制器进行了实验加工与测试（测试委托东南大学的毫米波国家重点实验室）,实验的结果为,在工作频带550-650GHz内,加32V电压时,调制深度可以达到70%以上。基于石墨烯等离子体波波导调制器,其工作频段为7.12～8.17THz,在工作频段内的调制深度为70-80%,调制速度为47.6MHz,插入损耗小于3dB,相关成果已发表在SCI期刊IEEE Photonics Technology Letters上（A Terahertz Modulator Based on Graphene Plasmonic Waveguide,2015, 27（20）：2190-2192）,同时申请了国家发明专利,已公布。其中反射型调制器工作带宽为550～650GHz,调制深度可以达到94.67%。 本成果发表SCI论文5篇,申请专利8项,其中授权发明专利4项、公开发明专利2项,具体如下： 学术论文发表 1.Xiao Binggang, Sun R, He J, et al. A Terahertz Modulator Based on Graphene Plasmonic Waveguide[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2015, 27（20）：2190-2192. SCI收录（TOP）,影响因子：1.945 2.Binggang Xiao, Jing Chen, Zhiyi Xie, Sanshui Xiao. Graphene-based THz modulator analysed by equivalent circuit model[J]. Micro ＆ Nano Letters, 2016：1-4. SCI收录,影响因子：0.723 3.Xiao Binggang, Sun R, Xie Z, et al. A terahertz modulator based on double-layer graphene [J]. OPTOELECTRONICS AND ADVANCED MATERIALS-RAPID COMMUNICATIONS, 2015, 9（5）：692-695. SCI收录 ,影响因子：0.412 4.Xiao Binggang, Qin Kang, Xiao Sanshui, et al. Metal-loaded graphene surface plasmon waveguides working in the terahertz regime[J]. Optics Communications, 2015, 355：602-606. SCI收录（TOP）,影响因子：1.480 5.Qin K, Xiao Binggang, Sun R. Mode analysis and research on graphene nanoribbons parallel-plate waveguide[J]. Micro ＆ Nano Letters, 2015, 10（10）：558-560. SCI收录（第一作者为指导的研究生）,影响因子：0.723 专利申请 1.肖丙刚;陈静;谢治毅,基于石墨烯表面等离子体波的太赫兹调制器,中国,201410765867.6,公布,发明专利 2.肖丙刚;陈静;谢治毅,基于石墨烯的太赫兹波透射型调制器,中国,201410765861.9,公布,发明专利 3.肖丙刚;周大朋,一种高性能单层石墨烯太赫兹波反射型调制器,中国,201720379227.0,受理,实用新型 4.肖丙刚;周大朋,一种高性能双层石墨烯太赫兹波透射型调制器,中国,201720380110.4,受理,实用新型 5.肖丙刚;孙润亮;谢治毅;章东平,基于石墨烯的磁可调法拉第式隔离器,中国,ZL201310063113.1,2017年授权,发明专利 6.肖丙刚;谢治毅;章东平;孙润亮,一种基于石墨烯磁电双可调的新型隔离器,中国,ZL201310063112.7,2017年授权,发明专利 7.肖丙刚;孙润亮;谢治毅;章东平,基于石墨烯的磁可调法拉第旋转器,中国,ZL201310063099.5,2017年授权,发明专利 8.肖丙刚;谢治毅;孙润亮;章东平,一种基于石墨烯的新型隔离器,中国,ZL201310063100.4,2017年授权,发明专利