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石墨烯是一种由蜂窝状排列的碳原子组成的二维物质,具有优异的机械、热学和电学性质。石墨烯的电导率可以通过外加电压或化学掺杂等方法进行控制,利用其电导率的可调性,可以构建基于石墨烯的可调控器件。超表面是由亚波长尺寸的结构单元在一个平面上排列而成的准二维结构,超表面中每个单元结构对入射波的电磁响应(包括幅值、相位和极化响应等)可以独立被控制,通过控制这些单元的电磁响应,可以实现对电磁波几乎任意的波前控制。本论文主要是基于石墨烯对电磁波进行控制,包括基于石墨烯超表面对空间波的控制和对表面等离激元波(SPP)的控制。本论文主要内容如下:1.设计了石墨烯表面等离激元波的多波束形成。通过控制石墨烯的费米能级得到介电常量近似为零的材料,实现圆形波到三波束、四波束、五波束和六波束的波前转换。2.设计两种石墨烯超表面单元结构,当石墨烯的费米能级在0 eV到1 eV之间变化时,相位的变化范围可以达到270°以上,同时幅值在0.5以上。研究了石墨烯单元结构的极化特性。方形单元结构对于任意极化方向的入射波具有相同的相位和幅值响应特性,显示出了极化不敏感性。3.设计反射型可调石墨烯超表面,基于广义的反射定理,实现了单波束和双波束的动态调控。调整超表面费米能级分布,改变线性相位梯度,实现波束方向的改变。在1.75 THz,采用0°和180°相位实现双波束的反射角为43°、31°、24°等一系列分离的值,使用0°、90°、180°和270°四种相位实现单波束的反射角为31°、20°、15°等一系列分离的值。4.通过广义的反射定理只能得到一系列分离的反射角度,不能实现反射角度的连续调节。使用卷积定理和傅里叶变换,利用0°、90°、180°和270°四种相位实现了石墨烯超表面宽角度变化范围的波束控制。在1.75 THz垂直入射平面波激励下,反射角度可以从5o变化到70o,间隔小于10o。5.使用0°、90°、180°和270°四种相位实现单波束的任意方向控制。实施的步骤是首先确定目标方向,然后根据目标方向求出所需的相位分布。用0°、90°、180°和270°四种相位中的值去近似替代上一步所求相位分布,可以简化设计。