光子晶体太赫兹波导的传输特性研究

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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,太赫兹波处于毫米波和红外线之间的特殊位置,是电磁波谱中的最后一个空频段,它的特殊位置和其本身的优越特性,使它具有非常重要的学术和应用价值。目前太赫兹波的研究突飞猛进,对于太赫兹波源、检测器和其他功能器件都有了大量的研究。但是目前在大多数的实验平台中,太赫兹波是在自由空间中传播,这就难以对其传播进行控制和引导,从而造成较大的损耗。如何获得在THz波低损耗、低色散的传播介质是THz发展的重点之一。目前光子晶体光纤是光纤领域的研究热点,有着许多奇异的特性和广泛的应用前景。光子晶体光纤的独特性质为设计一种低损耗的太赫兹波波导提供了思路。 本文提出了一种新型光子晶体太赫兹波导,该波导包层为硅介质中含有按三角形格子周期排列的空气孔,纤芯为有机材料聚乙烯。首先应用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体太赫兹波导的带隙结构,研究了空气填充率变化对光子带隙结构的影响。然后应用频域有限差分法(FDFD)对不同参数太赫兹波导的损耗进行了仿真计算。结果表明,选择较高填充率,较大孔间距,较多周期结构层数可以得到较低的泄漏损耗,选取合适的参数损耗最低值可以达到1.5dB/km。本文还对太赫兹波在光子晶体波导中的色散特性进行了分析,采用时域有限差分法计算波导的缺陷态频率,然后得到色散特性曲线。结果表明较高填充率有利于获得更好的色散特性,而通过调节孔间距可以调节零色散点的波长位置。研究结果表明,本文提出的光子晶体太赫兹波导是一种适合太赫兹波传输的光子带隙效应型波导,在太赫兹波段具有良好的传输特性。而且相对于光波段光子晶体光纤,光子晶体太赫兹波导的尺寸较大,结构更易实现。
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