THz光子晶体滤波器的设计和特性研究

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太赫兹(Terahertz,THz)波是指波长位于红外光与微波之间的电磁波。THz波段的开发和利用离不开THz功能器件,而THz波滤波器作为一种重要的器件,其发展不容忽视。光子晶体具有光子禁带和光子局域态的特性,利用这些特性可以制造出各种各样品质优良的光子晶体滤波器。THz波滤波器作为发展THz技术的基本元器件之一,具有波长选择、噪声滤除、增益均衡等作用。因此,研究太赫兹波段的光子晶体滤波器,对于发展THz技术具有重要意义。   本文就THz光子晶体滤波器的原理和设计方面进行了深入的研究,设计了两种适合太赫兹波段的光子晶体可调谐滤波器。首先利用平面波展开法对四种完整结构THz光子晶体的带隙进行了研究,结果表明三角晶格介质柱型的光子晶体最容易产生带隙且带隙最大;接着,在完整结构的基础上引入各种缺陷,包括线缺陷、点线缺陷结合等,利用时域有限差分法研究其透射谱,结果表明包含各种缺陷的光子晶体可作为THz波滤波器;然后,从非线性介质出发,选取适合太赫兹波段的非线性材料聚苯乙烯,在光子晶体中掺入聚苯乙烯,分析了光子晶体的可调谐特性,利用此特性可以制作THz光子晶体可调谐滤波器。最后,设计了THz光子晶体可调谐带通滤波器、THz光子晶体可调谐选频滤波器,并分析了这两种滤波器在未来THz通信系统中的应用。   本文所设计THz光子晶体可调谐滤波器具有易于制作、可调谐范围大、滤波性能好等优点,在未来的THz通信领域将有着广泛的应用前景。
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