前言：
太赫兹波因具有微波、红外以及X射线等已经被广泛应用波段内的电磁波所不具备的特性而引起了人们广泛的关注。
- 光栅-谐振腔耦合的石墨烯等离子体波模型
与传统二维电子气相比，石墨烯具有不易受温度影响，迁移率高，双极性等独特优势，其二维电子气的集体纵向电荷密度的振荡形成石墨烯等离子体波，可以通过改变栅极电压来完成二维电子到空穴气体的转换。
当石墨烯载流子浓度适中（1010~1013 cm-2）时，石墨烯内部的等离子体波振荡频率是0.1~6 THz，处在太赫兹波段。但是石墨烯等离子体波与电磁波之间相互作用弱，限制了功能器件的实现与应用。
光栅和谐振腔相耦合的石墨烯等离子体波器件模型。利用Matlab和时域有限差分（FDTD）等软件仿真计算出了其等离子体波频率，电场分布，透射谱和反射谱。
通过改变栅压在1 THz到4 THz内调控石墨烯等离子体波的频率；谐振腔内光栅边缘的近场增强作用加强了石墨烯等离子体波与太赫兹波的相互作用，使石墨烯等离子体波对入射光的绝对吸收率达到45%。
碳是自然环境中与人类关系最密切的元素之一，碳材料还包括活碳黑、活性炭、煤炭和碳纤维等非晶形式，而石墨烯（Graphene）是碳家族的一个新成员。
它是由碳原子紧密排列且成苯环结构而组成的一个单原子层，它的出现使碳的晶体结构形成了从零维到三维的完整体系。
石墨烯是一种零带隙半金属材料，其导带电子和价带中空穴的能量色散关系都是线性的。狄拉克锥在动量空间相互接触。
两个狄拉克点K和K’使得石墨烯的谷简并（valley degeneracy）是gv = 2。在强大的晶格尺度的散射的情况下，任何K和K’的谷间散射将会被消除谷简并。
谷间散射将会比较微弱，当其可以忽略时，可以通过简并因子gv = 2简单地考虑成第二个谷的出现。
在不考虑次近邻作用和小q近似下，石墨烯载流子色散表示为E±(q) ≈ ±ħvFq，它明显地依赖于常数vF，称为石墨烯费米速率（Fermi velocity）。
由此可看出，在Dirac点附近，能量表现为线性色散关系，电子的有效质量是零，这与传统材料的抛物线色散关系E(k)= ħ2k2/2m*完全不同，展现出与相对论性光子和中微子相类似的行为，因此我们称石墨烯的导带电子为无质量的Dirac费米子。
除此之外，在Dirac点附近的电子遵循无质量Dirac方程而非Schrödinger方程，也正是因为石墨烯电子的这些特点才导致了石墨烯独特的物理性质。
目前，类似的方法也成功应用在石墨烯的合成中，实现了石墨烯的大面积连续制备。化学气相沉积法是用金属或金属化合物放在不同衬底表面作为生长催化剂，在反应腔内充入含碳的气体，并在高温下把石墨烯沉积到衬底上。
由于石墨烯优异的性能主要来源于其独特的二维晶体结构，对于石墨烯的表征，除了要兼顾到层片的宏观横向尺度，同时也要考虑到原子尺寸的问题。
现在主要有三种典型的表征分析技术：光学显微分析、拉曼光谱技术和电子显微分析。石墨烯在SiO2衬底上表现出淡紫色，且层数越少颜色越淡。
其中单层的石墨烯同衬底的颜色相差不大，这证明了石墨烯较强的透光性。但十层以上石墨烯的颜色基本为深紫色，变化不大且不易区分。
光学显微的方法只能做出层数的初步判断，要做进一步的确认，我们需要通过拉曼光谱分析来判定。
对石墨烯的层片边缘进行成像，可以得到石墨烯的确切层数信息。对其表面进行TEM检测时，可直接观察到石墨烯的二维蜂窝状点阵结构，也可以通过其衍射图样得到石墨烯的晶格结构是六角蜂窝状。
构筑太赫兹系统，除了太赫兹源和探测器外还需要内部连接，主要有两种传输方法：准光学技术和波导传输技术。
在具备了以上因素后，可以相互结合形成太赫兹系统，太赫兹系统主要包括：太赫兹光谱系统、太赫兹成像系统和太赫兹通信系统。
二、石墨烯等离子体波太赫兹器件的设计与加工
太赫兹光谱系统主要可分为两大类：远红外傅里叶光谱和太赫兹时域光谱。远红外傅里叶光谱（FTIR）主要由宽带红外辐射源，迈克逊干涉仪和宽带探测器组成。
通过移动动镜来得到发射源的干涉强度图，再经过傅里叶变换得到信号的功率谱。太赫兹通信还处在发展的初级阶段，距离太赫兹通信时代还有很长的距离，但其广阔的发展前景令人神往。
与微波通信相比，太赫兹波具有波束窄、方向性好、能实现外差接收等特点，因此可以用于定点保密通信或宽频带、大容量信息系统，是将来无线传输大容量多媒体信息的潜在手段之一。
日本的 Victor Ryzhii 借助于石墨烯背栅模型，采用半经典数值模拟的方法研究了该种模型下的石墨烯等离子体波性质。
研究得到石墨烯等离子体波的传播速度（m/s107≥s）远远高于传统二维电子气等离子体波的传播速度（610 m/ss=）。
克罗地亚的 Marinko Jablan 等人借助于平面电磁场理论，采用数值模拟的形式研究了石墨烯等离子体振荡频率低于光声频段(V2.0e=ω=)下的光电特性。
数值分析发现振荡频率在红外波段的石墨烯等离子体品质因子较高（当EF=0.64 eV时，Q=151）。西班牙纳米科学合作研发中心的J.N Chen等人则不仅从理论上，也通过实验的方式证实了红外波段的石墨烯等离子体传播。
实验方面，他们采用了一种近场光学探测装置(SNOM)，通过近场光谱可以看出基于SiC基底上石墨烯的等离子体波传播，并得出红外波段的石墨烯等离子体波长约为入射光波长的1/40，同时发现等离子体波的波长和入射光波长、石墨烯费米能级相关。
美国IBM的H.G.Yan等人采用石墨烯微米条带阵列的形式研究了中红外波段下石墨烯等离子体的光电特性。
分别检测了在石墨烯条带宽度为 60 nm至240nm内的条件下的共振吸收频率，实验发现石墨烯等离子体在中红外频段出现较强的共振吸收，同时石墨烯等离子体的共振频率会随着条带宽度的增大而减小，同时变化规律为2/1−∝Wf。
随着源漏电压的增加，顶栅调控的石墨烯场效应管对应的狄拉克点电压增加。可以看出石墨烯与传统的半导体场效应管的输出特性曲线有很大的不同。
对于石墨烯场效应管，在小电压情况下，电流和电压成正比关系，当源漏电压增加到一定程度时，电流开始出现饱和，然后随着源漏电压的继续增加，电流曲线又开始上升，输出特性曲线存在一个扭结。
光和物质的相互作用是物理研究的重要领域之一，但是在一般情况下，光和物质的耦合较弱，为了提高耦合强度。
可以将光限制在一个光学谐振腔里形成一定的光子模式，当光子模式的局域电场与物质在空间上重叠时会有耦合发生，从而提高光和物质的相互作用。
另一种作用是光栅做为顶栅电极来调控栅下的石墨烯2DEG浓度，从而改变石墨烯等离子体波的振荡频率。
同时，光栅的周期或者栅长决定了石墨烯等离子体波的波矢。一般情况下，光栅对石墨烯等离子体波的电场具有屏蔽作用，其结果是降低了等离子体波的振荡频率。
此时，光栅耦合的石墨烯等离子体波将形成两套等离子体波系统，一套由栅控区组成，另一套由非栅控区组成，且栅控区的石墨烯等离子体波的频率比非栅控区低。
当等离子体波的衰减频率很小或者品质因子很高时，调节栅下电子浓度可使得高阶栅控等离子体波频率与某个低阶非栅控等离子体波频率相同，进而发生栅控和非栅控石墨烯等离子体波的共振，形成二维等离子体波。
当等离子体波的衰减频率较大或者品质因子较小时，只有光栅下的局域等离子体波才会被激发，相当于被栅控的二维电子气沟道形成一系列全同的可调等离子体波谐振腔。
且相邻谐振腔中的等离子体波振荡是通过非栅控的高电导率电子沟道区同步起来的，以上即局域等离子体波。
三、石墨烯等离子体波太赫兹器件的光电测试与分析
为了增强光和物质的耦合，利用谐振腔是一个很好的方法，Fabry-Pérot谐振腔是其中一个最简单且最容易制作的。
其原理就是非单色平行光入射到谐振腔中，光波经谐振腔反射镜多次反射从而形成多束反射光干涉，进而增加了光和二维电子气的相互作用时间。
等离子体波是指带电粒子体系的纵向密度振荡，其回复力除了来自压强梯度外，还有更为重要的就是库仑力。此外，等离子体波是长波近似，因而具有长程相互作用的库仑力将起到主要作用。
从主要的物理根源来看，等离子体波产生的物理图像为：当有外界扰动（变化的带点粒子或者电场）作用于带电粒子体系时，带电粒子会运动起来去屏蔽外来电场，于是带电粒子会偏离平衡位置。
偏离会形成内建电场并作用于带电粒子使其回到平衡位置，由于带电粒子的惯性它会通过平衡点继续运动，如此反复形成振荡。
当有一部分带电粒子这样运动时它会通过库仑力作用于相邻的带电粒子，如此继续形成电子体系的集体振荡。
近现代科学技术的发展，使得复杂的高频电磁系统的分析与综合，以及高频电磁场与复杂目标相互作用的分析和计算成为一个重要的研究课题。
这些研究主要以高频电磁场的传输、辐射、散射和透射问题为主，反应了医疗诊断、现代通信，雷达、物探、电磁防护、战略防御，和工农业生产和日常生活等领域多方面的需求。
正是在众多分析任务和目标的推动下，时域有限差分法（FDTD）历经三十余年的发展，以其直接清晰的时域计算模式、广泛的适用性、较为理想的存储空间和计算时间、程序的通用与简明性等特点，从传统的有限差分法中脱颖而出。
总结： 利用石墨烯场效应管的等效电路，理论探索了石墨烯场效应管的转移特性和输出特性。并通过实验制备了石墨烯双栅场效应管。
且利用交直流电学测试的方法测试了该石墨烯场效应管的转移特性和输出特性。通过对实测石墨烯转移特性曲线的拟合。
提取出器件的迁移率、载流子浓度和欧姆接触电阻等关键物理参量，结果显示本次实验制备的双栅石墨烯场效应管的迁移率可以达到2200 cm2/Vs。