【摘 要】
：
近年来,THz技术得到快速发展,但由于缺乏低损耗THz波导,THz信号主要通过自由空间传输,易受空气中水汽等杂质的影响,传输损耗高。而且由于缺乏有效的THz波导,THz系统庞大复杂,稳定性差。缺乏低损耗THz波导,已经成为制约THz技术应用领域拓展的关键瓶颈问题。空芯反谐振THz波导,传输损耗低、传输带宽大、结构设计自由度大且易于制作,空芯导光可以突破材料损耗的限制,已成为当前THz波导领域的研究
【基金项目】
：
国家自然基金面上项目； National Natural Science Foundation of China （NSFC）；
论文部分内容阅读
近年来,THz技术得到快速发展,但由于缺乏低损耗THz波导,THz信号主要通过自由空间传输,易受空气中水汽等杂质的影响,传输损耗高。而且由于缺乏有效的THz波导,THz系统庞大复杂,稳定性差。缺乏低损耗THz波导,已经成为制约THz技术应用领域拓展的关键瓶颈问题。空芯反谐振THz波导,传输损耗低、传输带宽大、结构设计自由度大且易于制作,空芯导光可以突破材料损耗的限制,已成为当前THz波导领域的研究热点之一。本学位论文在国家自然基金面上项目资助下,面向THz应用领域的快速发展需求,以理论、材料及制备技术创新为突破口,开展新型空芯反谐振THz波导理论与实验研究。论文取得的主要创新性成果如下:1.首次引入三角形空气孔以提升空芯反谐振THz波导结构的抗形变性能,提出并研制出一种具有锐角结构的五角星形抗形变空芯反谐振THz波导。考虑制作可行性,选择3D打印常用的光敏树脂材料作为制备材料,系统研究了结构参数及形变对波导传输特性的影响。应用3D打印技术制备出波导样品,并应用THz时域光谱系统对波导特性进行测量,测量的最低损耗为0.041 cm-1位于0.848 THz频率处,与设计特性相吻合。与圆形及矩形空气孔结构相比,提出的三角形空气孔空芯反谐振THz波导结构,抗形变能力更强。2.提出并研制出一种双五边形嵌套抗形变空芯反谐振THz波导。在保留原有的以五个三角形空气孔作为包层结构的基础上,由两个五边形相互嵌套而设计出双五边形嵌套波导。利用3D打印技术制作出长度为25 cm的波导样品,并利用THz时域光谱仪对样品进行测量,最低损耗为0.011 cm-1位于0.995 THz频率处,在0.2-1 THz频率范围内平均传输损耗为0.07 cm-1,实验结果与设计特性相吻合。相较于五角星形抗形变空芯反谐振THz波导,改良后的双五边形嵌套THz波导,在保持低传输损耗和抗形变能力的前提下,波导尺寸缩小了大约40%,更有利于THz系统的小型化和集成化。3.提出并研制出一种基于半椭圆管包层的有效单模空芯反谐振THz波导。通过与包层半椭圆管面积适配,以及芯区壁厚优化,在抑制传输损耗的同时获得6.01的高阶模消光比。波导以3D打印光敏树脂材料制作。实验测量结果显示,波导出射端模场呈类基模高斯型分布,证明波导可实现有效单模传输。最低损耗0.009 cm-1位于0.82 THz频率处。在0.2-1 THz频率范围内,横截面结构对位级联后的波导样品平均损耗为0.048 cm-1,即使级联波导发生微小错位,其平均损耗值与对位级联波导的损耗值十分接近。基于此种空芯反谐振THz波导结构所研制的模式滤波器,可通过两种方案滤除HE31模式。4.提出并研制出一种椭圆芯保偏空芯THz波导。系统研究了结构参数对波导传输特性的影响,研究结果表明,壁厚主要影响传输窗口和高双折射区域在传输谱中的位置,对损耗和双折射没有直接影响;芯区尺寸和椭圆率的影响类似,芯区面积越大,X和Y偏振模式的损耗就越低,双折射也随之降低。采用光敏树脂材料3D打印制作出THz波导样品。实验结果显示,在0.2-0.24 THz和0.27-0.29 THz两个高双折射区域内双折射可达到10-4量级,X和Y偏振模式测得的最低损耗分别为0.016 cm-1和0.020 cm-1。5.提出并研制出一种包层内嵌双层平行板的保偏空芯THz波导。在X和Y方向芯径不同的基础上,引入不同壁厚,从而进一步提高双折射。优化结构参数后的波导,在0.45-0.53 THz频率范围内双折射均优于10-3量级。分别利用白色与透明光敏树脂材料3D打印制备出THz波导样品。实验结果显示,在0.2-1THz频率范围内,所获得的最高双折射分别对应为4.91×10-3和3.43×10-3。较之椭圆芯保偏空芯THz波导,双折射值提升一个量级。
其他文献
城市道路交通系统是一个城市的骨架,不仅是客货运输、社会经济活动和市民生活的载体,同时也承受着自然灾害的威胁。频发的暴雨天气严重影响了城市道路交通的正常运行,降低了交通的供给能力,加剧了交通拥堵。现有研究往往是从暴雨天气的整体效应出发,忽略了降雨过程中动态变化的降雨条件,难以准确描述降雨过程中交通特征与降雨的动态关联,以及暴雨天气下道路网交通流的动态时空分布。因此,有必要深入研究暴雨天气下城市道路交
城市轨道交通系统作为疏解城市公共交通压力的重要设施,具有方便、快捷、准时、安全及大容量的优点。作为城市轨道交通系统研究的重点内容之一,列车运行控制策略优化在提升旅客乘坐体验与城市轨道交通系统节能方面均意义重大,且随着相关技术的发展可以得到进一步提升。当前城市轨道交通列车运行控制策略优化涉及的研究点众多,其中以列车速度曲线优化、列车运行图优化以及列车运行跟踪控制器设计为关注重点。但当前诸多研究并没有
为满足高能效、低污染发动机的开发需求,发动机新型燃烧模式普遍采用高燃油喷射压力、高增压和高压缩比等技术,这致使燃油喷射混合时缸内压力和温度超过燃油临界点。大量实验结果表明超临界条件下燃油的喷射混合模式与亚临界条件下燃油射流的破碎蒸发模式存在很大的不同,对超临界喷射混合的机理和特性有待进一步地探索和研究。本文采用理论分析和数值模拟方法开展了正庚烷超临界喷射混合特性研究,分析超临界喷射射流特性以及关键
随着互联网技术的普及和迅速发展,网络安全问题越来越突出,从个人信息盗取、隐私泄露,到危害社会和国家安全,无处不在。为此,政府和相关单位投入巨大的人力和财力开展网络安全检测与防御方面的研究。如何通过检测分析自动感知网络中存在的安全隐患,对网络信息系统进行研判,准确定位故障点,精准反映各个系统的安全风险值,形成网络安全主动防御体系,成为研究的热点问题。网络安全的研究虽然已经取得了一定的阶段性进展,但在
当前,我国社会经济发展由长期以来注重经济增长向高质量发展、以人为本的全面发展转变,交通运输领域开始更多地关注安全、绿色和可持续发展;旅游业被列为幸福产业之首,为适应旅游者多样化的需求,自驾游、自助游等新业态蓬勃发展;促进道路建设与生态环境、文化遗产、旅游游憩、乡村振兴等深度融合成为时代趋势,旅游交通迎来重大发展机遇。以风景道为代表的新型道路突破了传统交通固有的建设理念,不仅具有交通功能,还具有景观
研究轴承的故障预警与诊断技术,对保障机械设备安全可靠及预防突发事故具有十分重要的意义。本文从工程实际需求出发,以轴承的振动信号为研究对象,研究小波包分解、经验模态分解、谱峭度、可视图变换、谱编码等信号处理方法及其对早期微弱故障、强背景噪声下、变工况下特征提取中的应用,在此基础上,结合增量支持向量数据描述、K最近邻、多标签K最近邻、半监督分类等机器学习算法,实现故障预警及复杂场景下的故障诊断。论文主
生态型城市群是按照生态学良好发展的城市群生态系统最优化发展的模式,具体是指,在特定地域范围内,以生态化发展为理念,形成具有网络化的空间形态紧凑且疏密有致的生态城镇体系、衔接紧密且联系便捷的生态交通体系、分工有序的生态化产业体系和生态、水、文化一体的综合廊道系统的城镇集合体。目前我国的城市群空间结构生态化发展存在生态功能空间割裂、城市群空间结构亟待优化、城市群交通网络化程度低、城市群产业空间协作松散
安全是高速列车运营的先决条件和第一要务,但高速列车运行在复杂开放周界环境下,非法侵限、违法施工等因素给高速列车运营安全带来了巨大挑战。全面系统地加强高速铁路周界安全保障,提升高铁周界安全检测技术,促进高铁沿线视频监控技术向智能化、高精度发展已成为必然趋势。视频监控技术的快速发展为高铁周界安全检测提供了基础保障,但高铁周界现有的日间智能视频图像分析技术受典型恶劣天气条件（雾天、雨天）和大范围小目标影
随着新一轮信息技术的快速发展与社交软件的普及应用,用户与社交软件之间的依恋关系越来越受到实践者和学者的关注。社交软件以其“裂变式”的传播方式和粉丝沉淀能力,在大众生活中起着越来越重要的作用。然而,作为一款极具吸引力的技术型产品,社交软件虽然改变了大众的生活方式,但也面临着用户“审美疲劳”的挑战,造成使用者对社交软件缺乏持续使用的挑战。专家指出,用户持续使用是由于其对社交软件形成了社交依恋,并且洞察
我国正经历世界历史上规模最大、速度最快的城市化进程,城市化导致了城市规模的不断扩张及城市建成环境的快速变化。同时,人民生活水平的持续提高和出行距离的不断延长致使居民日常生活中对小汽车的依赖日益增加。城市规模的扩张和机动化出行需求的增长带来了诸如交通拥堵、环境污染及能源消耗等一系列亟待解决的城市难题。为缓解小汽车依赖行为导致的能源、环境及气候变化等全球性城市问题,通过城市规划和交通政策手段减少小汽车