THz波导单模透射机理研究

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太赫兹波(Terahertz Wave)在电磁波谱中处于微波与红外波段之间的特殊位置,具有许多独特的优点,在宽带通信、无损检测、电子对抗、医学成像、安全检查等领域有着广泛的研究价值和应用前景。特别是近几年,随着超快光子技术的发展,太赫兹波技术也得以迅猛发展,越来越多的科学研究者开始致力于太赫兹波技术的研究。在许多现实应用中,太赫兹波段的模式可控器件对高功率、大容量信号的传输和检测等具有举足轻重的意义。因此对太赫兹波导单模透射机理的研究不仅具有十分重要的科学意义,更具有潜在的实际应用价值。本文针对THz波在波导中的传输特性展开研究,通过在波导管壁上引入周期起伏结构,使波导中多横模之间发生共振相互作用,从而有效抑制低阶模式的传播,实现单一高阶模式的可控传输,为太赫兹波功能型器件设计提供重要的思想方法和理论基础。本文具体研究内容如下:  第一章,介绍了太赫兹波技术研究的背景和意义,概述了不同类型太赫兹波导国内外研究现状,阐述了太赫兹波导单模透射理论研究的必要性和紧迫性,介绍了论文的主要内容和结构安排。  第二章,在理论上,从麦克斯韦方程组出发,基于多横模共振相互作用,详细研究了能够产生单一高阶模式透射的THz波导的基本原理。并利用COMSOL Multiphysics有限元软件对单模透射THz波导进行数值仿真研究,仿真结果充分验证了THz波导单模透射理论的正确性和有效性。  第三章,研究了波导结构参数对单模透射THz波导谱带特性的影响。引入形状因子,研究了不同管壁边界形状对THz波导谱带结构的影响。其次,分别讨论了三角形顶点位置、正弦函数高阶谐波项和矩形边界占空比对THz波导谱带特性的影响。随后,分别对正弦边界和矩形边界THz波导的起伏参数进行优化研究,数值仿真了其中TM模的传输特性。通过结构参数的优化设计,在矩形边界 THz波导中实现了超窄带(7.5GHz)单模透射。  第四章,通过在矩形边界波导内壁涂覆金层实现了THz波导单模透射频率的调谐,深入研究了金层厚度对单模透射特性的影响,从理论上分析了频率调谐的物理机理。  总之,本文在一般太赫兹波导管壁引入周期起伏结构,通过对管壁结构的控制可以有效地抑制低阶模式传输,实现了太赫兹波导的单一高阶横模透射。
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