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太赫兹波(THz)是指频率位于0.1THz到10THz波段的电磁波,它介于毫米波和红外线之间。它有很多优越的特性,使其具有非常重要的学术和应用价值。太赫兹技术突飞猛进的发展,离不开对各种THz功能器件的研究。另一方面,光子晶体,即所谓的“光半导体”,是一种由介质或金属周期排列构成的人工材料。由于其独特的性能和潜在的应用前景,近十年来,光子晶体已成为一个发展迅速的科学研究新领域。而由周期性排列的金属结构构成的金属光子晶体在THz波段具有较好的性质,可以用来制作多种THz器件,如滤波器,谐振腔,光开关等。因此,研究太赫兹波段的金属光子晶体,并根据需要合理地引入缺陷改变其结构,构造出太赫兹金属光子晶体器件,这将为太赫兹技术的应用奠定有利的基础。
本文从太赫兹波的特性出发,设计了适合于应用在太赫兹波段的金属光子晶体谐振腔。首先从金属光子晶体的基本结构出发,包括正方晶格和三角晶格两种结构。由于金属光子晶体与介质光子晶体相比,具有很大的差异,因此本文首先分析了完整结构的金属光子晶体的带隙特性随着晶格常数及填充比的变化规律,并将之与介质光子晶体进行比较,得出金属光子晶体的独特性质;接着通过引入点缺陷,构成太赫兹波段的谐振腔,并分析了谐振频率随缺陷半径的变化规律,还利用Rsoft软件仿真了缺陷模的模式和场的分布,并对谐振腔的品质因子也进行了仿真计算。同时还分析了缺陷的形状大小对产生模式特性的影响。最后讨论了这种金属光子晶体谐振腔在太赫兹激光器中的优化应用。