太赫茲及中紅外頻段納米光子學(xué)器件新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展的重要保障。在國(guó)家層面，需要突破制約我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)瓶頸，需要重點(diǎn)開(kāi)展對(duì)“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)的攻關(guān)行動(dòng)。在行業(yè)層面，需要通過(guò)科技創(chuàng)新促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)。為實(shí)現(xiàn)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)，應(yīng)進(jìn)一步提升我國(guó)關(guān)鍵核心技術(shù)水平及自主創(chuàng)新能力，同時(shí)積極推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)向產(chǎn)業(yè)、資本領(lǐng)域的滲透應(yīng)用。太赫茲（THz）光子學(xué)材料和器件作為新興戰(zhàn)略性前沿技術(shù)領(lǐng)域之一，其研究成果對(duì)于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展具有極其重要的意義：

（1）太赫茲光子學(xué)材料的發(fā)展將為下一代太赫茲通信和探測(cè)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。

（2）太赫茲波是一種非常理想的、可以實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離傳輸?shù)碾姶泡椛涔ぞ摺?/p>

（3）太赫茲光子學(xué)材料及器件是中紅外波段光子學(xué)探測(cè)器的重要支撐材料。

當(dāng)前中紅外波段太赫茲探測(cè)器尚處于研發(fā)階段，然而，由于缺少?lài)?guó)際上先進(jìn)技術(shù)的支持，研制出各種新穎、簡(jiǎn)單、高效的微納光學(xué)器件，一直是國(guó)內(nèi)研究工作者面臨的一大挑戰(zhàn)。近年來(lái)，隨著微納光子學(xué)技術(shù)和微電子學(xué)的快速發(fā)展，集成納米光子學(xué)成為了新的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)材料的納米光子學(xué)器件存在著體積大、質(zhì)量重、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，這對(duì)大規(guī)模集成和應(yīng)用造成影響。另外，傳統(tǒng)材料的制造工藝也存在著不穩(wěn)定、復(fù)雜、昂貴及難以大規(guī)模生產(chǎn)，甚至?xí)�產(chǎn)生有害雜質(zhì)及輻射污染環(huán)境等問(wèn)題。因此，研究如何利用新型材料來(lái)制備和加工納米光子學(xué)器件就成為必要而又迫切的科研任務(wù)。

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的二維材料，其具有獨(dú)特而優(yōu)異的物理和化學(xué)特性。從理論上講，石墨烯完全是由單原子層組成，厚度僅為一個(gè)原子厚度甚至更薄。同時(shí)，石墨烯還具有高導(dǎo)電率、幾乎完美的光學(xué)性能（高透光率）、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕和抗輻射能力、高熔點(diǎn)等特點(diǎn)。這也使其成為理想的光子材料，受到各領(lǐng)域?qū)W者的高度關(guān)注，尤其是在等離子體器件的研究方面，如光子檢測(cè)器、等離子開(kāi)關(guān)、濾波器、隱身衣、轉(zhuǎn)換光學(xué)、雙曲超材料、超透鏡等，尤其在硅波導(dǎo)中的電光調(diào)制器等方面更是凸顯出巨大的應(yīng)用價(jià)值。因此，基于石墨烯在太赫茲及中紅外頻段進(jìn)行電磁器件的研究與設(shè)計(jì)是非常有意義也是非常必要的。

本書(shū)從有關(guān)的基本電磁理論出發(fā)，系統(tǒng)論述了石墨烯在太赫茲及中紅外頻段電磁器件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。全書(shū)共7章：第1章介紹本書(shū)的研究背景，石墨烯簡(jiǎn)介，表面等離子體激元概念及研究背景，變換光學(xué)的概念及研究進(jìn)展，以及研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)等；第2章介紹電磁基本理論及數(shù)值計(jì)算方法，包括電磁理論基本方程，物質(zhì)的電磁特性，邊界條件和輻射條件，有限差分法，時(shí)域有限差分法，有限元法及矩量法等；第3章介紹石墨烯色散關(guān)系及模式理論分析；第4章介紹基于變換光學(xué)和等離激元的石墨烯透鏡，包括等離激元變焦距平板透鏡和半麥克斯韋魚(yú)眼透鏡，以及焦距可調(diào)的紅外透鏡；第5章介紹基于變換光學(xué)的石墨烯電磁斗篷技術(shù)研究；第6章介紹石墨烯布拉格反射器，包括介質(zhì)截止厚度可調(diào)的石墨烯布拉格反射器和基于不同納米帶寬度的石墨烯布拉格反射器；第7章將介紹石墨烯帶通濾波器。

本書(shū)由山東交通學(xué)院李艷秀、山東建筑大學(xué)莊華偉共同完成。在編寫(xiě)和出版過(guò)程中，得到了山東交通學(xué)院信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院電子信息教研室主任武華及全體教師的積極支持和關(guān)心。中國(guó)水利水電出版社的領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)同志為本書(shū)的編輯、出版做了大量的工作，在此向他們謹(jǐn)致深切的謝意。

在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中，作者從與山東交通學(xué)院信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院電子信息系、山東建筑大學(xué)信電學(xué)院的同事們的討論、切磋中獲益匪淺。但限于作者的水平，書(shū)中不妥和錯(cuò)誤之處在所難免，誠(chéng)望各位讀者不吝賜教！

作者

2022年6月

第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 石墨烯簡(jiǎn)介 5
1.2.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn) 5
1.2.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)及性能 7
1.2.3 石墨烯的制備 11
1.2.4 石墨烯的摻雜 13
1.3 表面等離子體激元概念及研究背景 14
1.3.1 表面等離子體激元簡(jiǎn)介 14
1.3.2 表面等離子體激元的基本原理 15
1.3.3 表面等離激元器件的研究背景及應(yīng)用 18
1.4 變換光學(xué)的概念及研究進(jìn)展 20
1.4.1 變換光學(xué)的概念 20
1.4.2 變換光學(xué)的基本特征 21
1.4.3 變換光學(xué)的研究進(jìn)展及應(yīng)用 29
1.5 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) 32
第2章 電磁基本理論及數(shù)值計(jì)算方法 36
2.1 電磁基本理論 36
2.1.1 麥克斯韋方程組 36
2.1.2 物質(zhì)的電磁特性 39
2.1.3 邊界條件和輻射條件 42
2.2 電磁基本原理和定理 44
2.2.1 亥姆霍茲定理 44
2.2.2 唯一性定理 46
2.2.3 鏡像定理 47
2.2.4 洛倫茲互易定理 48
2.2.5 等效原理 49
2.3 電磁學(xué)中的數(shù)值計(jì)算方法 50
2.3.1 數(shù)值計(jì)算方法的產(chǎn)生與發(fā)展 50
2.3.2 數(shù)值計(jì)算方法產(chǎn)生的意義 52
2.3.3 主要的數(shù)值計(jì)算方法 53
2.3.4 數(shù)值色散在空間及時(shí)間離散間隔的要求 69
2.3.5 邊界條件設(shè)置 71
第3章 石墨烯色散關(guān)系及模式理論分析 75
3.1 橫向大尺寸石墨烯表面電導(dǎo)率及其色散關(guān)系 75
3.1.1 石墨烯表面電導(dǎo)率的半經(jīng)典模型 75
3.1.2 置于半無(wú)窮大介質(zhì)空間中的石墨烯色散關(guān)系 78
3.1.3 介質(zhì)厚度可調(diào)的石墨烯色散關(guān)系 80
3.2 石墨烯SPP的基本屬性 83
3.3 石墨烯SPP的激發(fā)方式 86
3.4 石墨烯納米帶SPP模式分析及色散關(guān)系 87
第4章 基于變換光學(xué)和等離激元的石墨烯透鏡 94
4.1 背景介紹 94
4.2 等離激元變焦距石墨烯平板透鏡 95
4.2.1 理論分析 95
4.2.2 實(shí)現(xiàn)原理 97
4.2.3 仿真結(jié)果與分析 99
4.2.4 相關(guān)濾波系統(tǒng)設(shè)計(jì) 103
4.3 石墨烯半麥克斯韋魚(yú)眼透鏡 104
4.3.1 理論分析與建模 105
4.3.2 數(shù)值仿真與性能分析 107
4.4 焦距可調(diào)的石墨烯紅外透鏡 111
4.4.1 理論分析 111
4.4.2 模型建立 113
4.4.3 數(shù)值仿真 115
第5章 基于變換光學(xué)的石墨烯電磁斗篷技術(shù)研究 121
5.1 變換光學(xué)與超材料 121
5.2 電磁斗篷 123
5.3 圓柱及球形隱身斗篷的設(shè)計(jì) 125
5.3.1 圓柱隱身斗篷的參數(shù)計(jì)算 125
5.3.2 圓柱隱身斗篷的模型說(shuō)明 127
5.3.3 圓柱隱身斗篷的數(shù)值仿真 128
5.3.4 球形隱身斗篷的設(shè)計(jì)與仿真 128
5.4 橢圓隱身斗篷的設(shè)計(jì) 129
5.4.1 參數(shù)計(jì)算 130
5.4.2 模型設(shè)置 132
5.4.3 數(shù)值仿真 133
5.5 通過(guò)空間壓縮設(shè)計(jì)的隱身斗篷 135
5.5.1 參數(shù)計(jì)算 135
5.5.2 仿真及討論 137
5.6 任意形狀的隱身斗篷的分析與仿真 141
5.7 基于變換光學(xué)的石墨烯隱身斗篷 144
5.7.1 理論分析 144
5.7.2 模型設(shè)計(jì) 144
5.7.3 數(shù)值仿真 147
第6章 石墨烯布拉格反射器 153
6.1 背景介紹 153
6.2 介質(zhì)截止厚度可調(diào)的石墨烯布拉格反射器 154
6.2.1 介質(zhì)截止厚度分析與建模 155
6.2.2 仿真結(jié)果與介質(zhì)截止厚度對(duì)反射器性能的影響 158
6.3 基于不同納米帶寬度的石墨烯布拉格反射器 161
6.3.1 理論分析與建模 162
6.3.2 數(shù)值仿真與理論分析 163
第7章 石墨烯帶通濾波器 169
7.1 背景介紹 169
7.2 波導(dǎo)電磁理論基礎(chǔ) 171
7.2.1 波動(dòng)方程 171
7.2.2 亥姆霍茲方程 172
7.2.3 電磁場(chǎng)的邊界連續(xù)性條件 173
7.2.4 波導(dǎo)中的TE與TM模式電磁場(chǎng)分量及其邊界條件 175
7.3 基于石墨烯納米帶SPP帶通濾波器研究 177
7.3.1 濾波器結(jié)構(gòu)建模及理論分析 178
7.3.2 數(shù)值仿真與性能分析 181
附錄 常用符號(hào)說(shuō)明 188
參考文獻(xiàn) 189

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13. Web技術(shù)開(kāi)發(fā)教程（基于.NET開(kāi)源MVC框架） [王合闖 韓紅玲 王青正 陳海蕊]
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22. 語(yǔ)音識(shí)別理論與實(shí)踐 [主編　莫宏偉]
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24. 武術(shù)基礎(chǔ)教程 [主編 李代勇 謝志民]
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26. 畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖習(xí)題集（多學(xué)時(shí)） [主編 趙軍]
27. HCIA-Datacom認(rèn)證題庫(kù)分類(lèi)精講 [主 編 韓立剛]
28. SwiftUI完全開(kāi)發(fā) [李智威 著]
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30. 電工電子技術(shù)基礎(chǔ) [主編 劉 軍 楊國(guó)龍 劉天成]