Design and simulation of a metasurface absorber for THz applications

Abstract

This thesis aims to design and simulate a terahertz superabsorbent surface using graphene, based on a three-layer structure consisting of a metallic layer, an insulating layer, and a tunable graphene layer. Ansys Lumerical software and the Finit-Dimensional Time Domain method were used to investigate the absorption, reflection, and transmittance properties. The results showed high absorption between 1.5 and 4 terahertz with very low reflection and transmittance. The study also demonstrated that varying the chemical potential, structural dimensions, and insulating layer thickness directly affects the resonant frequency and absorption efficiency, making the graphene-based metasurface absorber a promising solution for communications, sensing, and electromagnetic detection applications. تهدف هذه الأطروحة إلى تصميم ومحاكاة سطح فائق الامتصاص في نطاق الترددات تيراهيرتز باستخدام الجرافين، وذلك بالاعتماد على بنية ثلاثية الطبقات تتكون من طبقة معدنية، وطبقة عازلة، وطبقة جرافين قابلة للضبط. استُخدم برنامج Ansys Lumerical وطريقة المجال الزمني ذي الأبعاد المحدودة لدراسة خصائص الامتصاص والانعكاس والنفاذية. أظهرت النتائج امتصاصًا عاليًا بين 1.5 و4 تيراهيرتز مع انعكاس ونفاذية منخفضين للغاية. كما أوضحت الدراسة أن تغيير الجهد الكيميائي، والأبعاد الهيكلية، وسُمك الطبقة العازلة يؤثر بشكل مباشر على تردد الرنين وكفاءة الامتصاص، مما يجعل سطح الامتصاص الفائق القائم على الجرافين حلاً واعدًا لتطبيقات الاتصالات والاستشعار والكشف الكهرومغناطيسي.