30413

طراحي ساختار فراماده با استفاده از گرافن با ويژگي انتقال، انعكاس و جذب موج تراهرتز به صورت پويا و تغيير پلاريزاسيون خطي به دايروي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- مخابرات ـ ميدان

1399

1402/7/9

محمد سليماني

مهندسي برق

در سال‌هاي اخير، پيشرفت‌هاي قابل‌توجهي در فراسطح‌هاي قابل برنامه‌ريزي صورت گرفته است كه عمدتاً به مقرون به صرفه بودن و ظرفيت آنها براي دستكاري امواج الكترومغناطيسي (EM) نسبت داده مي‌شود. با اين وجود، يك محدوديت قابل توجه در بسياري از فراسطح هاي موجود، توانايي آنها بر كنترل جبهه موج تنها در حالت بازتابي يا انتقالي است، بنابراين تنها نيمي از فضا را پوشش ميدهد. تا جايي كه ما مي دانيم و براي اولين بار، يك متاسطح جديد قابل برنامه ريزي مجدد با كمك گرافن كه توانايي بي سابقه اي را براي دستكاري مستقل و همزمان امواج EM در هر دو نيمه فضا ارائه مي دهد، در باند فركانسي THz معرفي كرده ايم. اين فراسطح قابل برنامه ريزي هوشمند، كنترل جبهه موج را در حالت بازتاب، حالت انتقال، و حالت انعكاس-انتقال همزمان، همگي در يك كانال پلاريزاسيون و فركانس به دست مي آورد. متا اتم پيشنهادي از سه بخش گرافن ساخته شده است كه با تنظيم توزيع پتانسيل شيميايي در هر بخش گرافن از طريق يك منبع الكترونيكي خارجي، امكان اصلاح مستقيم رفتار موج را فراهم مي كند. فراتر از كنترل بلادرنگ حالت‌هاي بازتاب و انتقال، ميتواند بوسيله ي گرافن هاي معرفي شده به فاز 0 تا 360 درجه دسترسي پيدا كند كه نتيجه ي آن دستكاري جبهه ي موج در هردو حالت انعكاس و انتقال ميشود و ميتواند به عملكرد هاي متنوع و مختلفي دست پيدا كند. عملكردهاي پيشنهادي شامل حالت هاي قابل برنامه ريزي مختلف از جمله كنترل تك و دو پرتو در حالت بازتاب، كنترل پرتو دوگانه در حالت انتقال، كنترل همزمان انتقال مستقيم در كنار دو پرتو در حالت انعكاس و بالعكس و كنترل يك پرتو در حالت بازتاب و دو پرتو در حالت انتقال به طور همزمان ميباشد. علاوه بر اين، ما كاوش خود را فراتر از دستكاري جبهه موج در حالت هاي بازتاب و انتقال جداگانه يا همزمان گسترش داديم. در واقع، اين فراسطح پيشنهاديز داراي قابليت تبديل متاسطح پيشنهادي به يك جاذب و پلاريزه كننده نيز مي باشد. با تغيير پتانسيل شيميايي هر بخش گرافن، مي تواند به طور انتخابي امواج فرودي را در فركانس هاي مختلف جذب كند. همچنين با دستكاري پلاريزاسيون موج فرودي، مي توان پلاريزاسيون خطي را در دو حالت انعكاس و انتقال به قطبش دايره اي تبديل كرد. انتظار مي‌رود كه فراسطح پيشنهادي به دليل دستكاري جبهه موج در هر دو نيم‌فضا به‌طور مجزا و پيوسته و همچنين پلاريزاسيون و كنترل فركانس جذب براي كاربردهاي مختلفي مانند سيستم‌هاي تصويربرداري، رمزگذاري، سنجش از دور، سيستم‌هاي كوچك و نسل بعدي ارتباطات هوشمند بي‌سيم قابل برنامه‌ريزي مجدد كاربرد داشته باشد.

1402/11/10

Designing a metamaterial structure using graphene with dynamic transmission, reflection and absorption of terahertz waves and converting linear to circular polarization

1/1/1900 12:00:00 AM

In recent years, there has been notable advancement in programmable metasurfaces, primarily attributed to their cost-effectiveness and capacity to manipulate electromagnetic (EM) waves. Nevertheless, a significant limitation of numerous available metasurfaces is their capability to influence wavefronts only in reflection mode or transmission mode, thus catering to only half of the spatial coverage. To the best of our knowledge and for the first time, a novel graphene-assisted reprogrammable metasurface that offers the unprecedented capability to independently and concurrently manipulate EM waves within both half-spaces has been introduced in the THz frequency band. This intelligent programmable metasurface achieves wavefront control in reflection, transmission, and the concurrent reflection-transmission mode, all within the same polarization and frequency channel. The meta-atom is constructed with three graphene sections, enabling straightforward modification of wave behavior by adjusting the chemical potential distribution within each graphene segment via an external electronic source. Beyond real-time control of reflection and transmission modes, this approach also empowers the manipulation of wavefronts by governing the phases of these modes. The proposed functionalities encompass various programmable modes, including single and dual beam control in reflection mode, dual beam control in transmission mode, simultaneous control of direct transmission alongside two beams in reflection mode, and vice versa, and controlling a single beam in reflection mode and two beams in transmission mode simultaneously. Furthermore, we extended our exploration beyond wavefront manipulation in individual or continuous reflection and transmission modes. In fact, the structure possesses the capability to transform the proposed metasurface into an absorber and polarizer, as well. By changing the chemical potential of each graphene segment, it can selectively absorb incident waves at different frequencies. Also, by manipulating the incident wave polarization, it can convert linear polarization to circular polarization in both reflection and transmission modes. The proposed metasurface is expected to be reprogrammable due to wavefront manipulation in both half-spaces separately and continuously as well as polarization and absorption frequency control for various applications such as imaging systems, encryption, remote sensing, miniaturized systems, and next-generation wireless intelligent communications.

فراسطح , فراسطح قابل تنظيم مجدد , گرافن

metasruface , reconfigurable ametasurface , Graphene

Parsa Farzin

Dr. Mohammad Soleimani