亞波長(zhǎng)微結(jié)構(gòu)太赫茲功能器件的研究.pdf

1、太赫茲波是指波長(zhǎng)介于30～3000μm之間的電磁波。隨著超快激光技術(shù)的發(fā)展，太赫茲波的產(chǎn)生和探測(cè)技術(shù)得到了快速發(fā)展，太赫茲技術(shù)正在日益走向應(yīng)用。太赫茲波具有寬帶寬，定向性好的優(yōu)點(diǎn)，十分適合應(yīng)用于衛(wèi)星間以及地面短程寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中，在這些應(yīng)用系統(tǒng)中調(diào)制器、光開(kāi)關(guān)、濾波器等太赫茲波功能器件是必不可少的。本文在對(duì)太赫茲光子晶體和超材料兩種亞波長(zhǎng)微結(jié)構(gòu)人工電磁材料特性研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了這兩種微結(jié)構(gòu)人工材料在太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器和窄帶諧振腔等

2、中的應(yīng)用。主要的工作內(nèi)容和研究成果如下:
　　1、搭建了透射式太赫茲時(shí)域譜系統(tǒng)。采用鈦寶石飛秒激光泵浦光電導(dǎo)天線產(chǎn)生太赫茲脈沖，以碲化鋅晶體電光取樣探測(cè)太赫茲脈沖。用這套太赫茲時(shí)域譜系統(tǒng)測(cè)量了經(jīng)過(guò)表面拋光處理的4mm厚的高密度聚乙烯(HDPE)和0.4mm厚的高阻硅(Si)平板的時(shí)域譜數(shù)據(jù)，經(jīng)傅里葉變換后獲得了兩種材料在0～3THz波段的折射率，測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的折射率數(shù)據(jù)相吻合。
　　2、利用光子晶體線缺陷波導(dǎo)的慢光效應(yīng)

3、，設(shè)計(jì)了一種基于填充液晶的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)的太赫茲相位器件。馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x由光子晶體線缺陷波導(dǎo)和光子晶體分光器組合構(gòu)成。通過(guò)對(duì)不同晶格結(jié)構(gòu)的光子晶體波導(dǎo)傳輸特性的分析發(fā)現(xiàn)正方晶格介質(zhì)柱光子晶體和三角晶格空氣孔光子晶體波導(dǎo)都具有明顯的慢光效應(yīng)，填充液晶后，線缺陷模色散曲線會(huì)隨著液晶折射率改變而產(chǎn)生移動(dòng)，在線缺陷模的慢光區(qū)域，色散曲線的移動(dòng)使得波導(dǎo)內(nèi)模式的有效折射率的變化幅度大于液晶折射率的變化幅度。慢光效應(yīng)提高了這兩種光子晶體線

4、缺陷波導(dǎo)組成的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的相位調(diào)制效率。計(jì)算表明這種液晶填充的光子晶體太赫茲馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的相位調(diào)制效率是純液晶盒相位器件的1.8～5.7倍。
　　3、設(shè)計(jì)了一種由寬口徑光子晶體線缺陷波導(dǎo)、光子晶體漸變錐形結(jié)構(gòu)以及點(diǎn)缺陷構(gòu)成的介質(zhì)柱光子晶體窄帶諧振腔結(jié)構(gòu)。數(shù)值仿真分析表明光子晶體漸變錐形結(jié)構(gòu)能減少寬、細(xì)兩種不同口徑線缺陷波導(dǎo)耦合過(guò)程中反射損耗、多模傳輸時(shí)的多模干涉損耗以及兩種波導(dǎo)之間模式失配造成的損耗，有效地提高耦合效

5、率。同時(shí)窄帶諧振腔錐形耦合系統(tǒng)能大幅度提高窄帶濾波效果，Q值為不通過(guò)錐形結(jié)構(gòu)直接耦合時(shí)的2倍，便于在準(zhǔn)波長(zhǎng)尺度的點(diǎn)缺陷內(nèi)形成強(qiáng)的太赫茲局域場(chǎng)。
　　4、提出了一種能增強(qiáng)磁性感應(yīng)的新型雙開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲超材料強(qiáng)度調(diào)制器。該超材料的諧振結(jié)構(gòu)由兩個(gè)通過(guò)金屬連接起來(lái)的同心開(kāi)口金屬圓環(huán)構(gòu)成，基底材料為本征砷化鎵。數(shù)值仿真分析表明，與傳統(tǒng)雙開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的超材料相比，環(huán)間連接的開(kāi)口環(huán)結(jié)構(gòu)能有效提高在太赫茲波垂直入射時(shí)，由太赫茲波電場(chǎng)激勵(lì)