新型THz波導傳輸特性研究.pdf

1、由于太赫茲波段具有的獨特性質，其在成像、遙感、雷達探測、通信、化學和生物領域都有很好的應用前景，因此越來越多的人們專注于太赫茲技術的研究。THz波導作為太赫茲技術的一個重要方面，其研究也取得了一定進展，目前已有的THz波導主要分為三類:金屬波導、光子晶體波導、光纖波導。每類波導的傳輸特性及用途不盡相同，其中光纖波導最具長距離傳輸?shù)臐摿ΑＨ欢?，大部分材料對THz波具有很強的吸收，為減小光纖波導的傳輸損耗，研究人員先后提出了實芯光纖、多孔光

2、纖和空芯光纖。借鑒于對可見光和近紅外光的光纖波導研究，一種新型的空芯kagome光子晶體光纖因其獨特的傳輸特性被用于THz波導的研究，即較低的損耗和更寬的傳輸帶寬，我們稱具有此類傳導機制的光纖為耦合抑制型光纖，該光纖大的纖芯孔徑在研究光與物質相互作用、環(huán)境氣體檢測方面都有很好的應用。另外，基于飛秒激光成絲系統(tǒng)用于THz成像的研究成果，我們又提出了一種等離子體波導，研究了THz波在等離子體中的傳輸。
　　目前對耦合抑制型光纖的研究相

3、對較少，尤其是在THz波段，對于等離子體波導的相關研究也還很少。本論文通過建立THz波段耦合抑制型光纖(THzICFs)和等離子體波導的模型，基于有限元法分別對其THz傳輸特性進行了數(shù)值仿真。本論文主要研究內容如下:
　　1、保持纖芯孔徑基本不變，改變纖芯邊界的形狀，發(fā)現(xiàn)光纖限制損耗值隨結構的變化而發(fā)生改變，主要表現(xiàn)為正六邊形的纖芯邊界具有較高的損耗，而圓內旋輪線的損耗則有明顯下降;保持纖芯孔徑基本不變，改變包層空氣孔的形狀，分別

4、為正六邊形、正十二邊形、正二十四邊形和圓形，而光纖的限制損耗則隨著空氣孔邊數(shù)的增大而減小，由于正二十四邊形和圓形很接近，從而表現(xiàn)了幾乎相同的損耗和色散曲線;進而，通過對比以上結果，發(fā)現(xiàn)具有相同纖芯邊界形狀，不同空氣孔邊數(shù)的兩光纖表現(xiàn)了相同的限制損耗和色散，從而得出結論:影響THz ICFs限制損耗的主要因素為纖芯邊界形狀。
　　2、基于包層為圓形空氣孔的光纖結構，即在以上研究中表現(xiàn)出最低損耗的光纖結構，通過改變材料折射率和包層壁厚

5、，光纖的低損耗窗口得到調諧，具有較低折射率或較小的壁厚時，光纖低損耗窗口變寬。
　　3、在飛秒激光成絲系統(tǒng)中，本文針對THz波在等離子體中的傳輸進行了研究，并將等離子體等效為一種新型的THz波導，研究了不同參數(shù)條件下，THz波在等離子體波導中的模場分布，并分析了等離子體波導對THz波的束縛能力。
　　本文分為六個部分。第一章主要包括THz技術及THz波導簡介;第二章介紹微結構光纖的數(shù)值計算方法及耦合抑制型光纖的導光機制;第三