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石墨烯是一种具有二维结构的新型材料，其独特的结构和物理性质使石墨烯拥有广阔的应用前景。然而，石墨烯零带隙的特点限制了石墨烯在半导体器件等方面的应用，本文基于第一性原理研究替位掺杂对石墨烯电子结构和光学性质的影响，并以此为基础研究纯石墨烯和掺B石墨烯晶体中耦合场量子的性质及其传播情况，为其在半导体器件、耦合场量子调频激光器等领域的应用提供理论指导。 本论文主要工作分为以下几点： (1)利用雷尼绍(Renishaw)InVia型激光共聚焦显微拉曼光谱仪获得了Si衬底上单层石墨烯的拉曼谱图，研究其拉曼特征峰的形成，获得了单层石墨烯中的横向光学声子频率的实验数据。 (2)通过理论计算得到了纯石墨烯的电子结构和光学性质，结果表明纯石墨烯是一个零带隙的半导体，其对红外光和可见光的吸收、反射都十分微弱，对紫外光有明显的吸收和反射。 (3)选取ⅢA原子(B、Al、Ga)和VA原子(N、P、As)作为掺杂原子，研究单原子替位掺杂对石墨烯电子结构和光学性质的影响，结果表明：掺杂原子会改变石墨烯的电子结构，B、N、P、As掺杂在石墨烯中形成了带隙，而Al、Ga掺杂使石墨烯呈金属性，同时B、Al、Ga、N、P、As掺杂影响了石墨烯对光的吸收和反射。这对石墨烯在半导体器件、光电信息等领域的应用具有重要意义。 (4)以掺B石墨烯为研究对象，通过计算获得掺B石墨烯耦合场量子色散曲线，探索了光激发下掺B石墨烯中耦合场量子的形成和传播情况，为掺B石墨烯在制作石墨烯耦合场量子拉曼激光器、THz辐射源、可调谐的THz谱仪等方面提供了理论指导。