本文關(guān)鍵詞：光子晶體太赫茲波器件研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,在電磁波譜上介于毫米波和紅外光之間的太赫茲波逐漸成為科學(xué)研究的熱點。太赫茲波波源以及探測技術(shù)的突破性進(jìn)展使得太赫茲波功能器件得到了大力發(fā)展。本文以研究基于光子晶體結(jié)構(gòu)的太赫茲波功能器件為出發(fā)點和目標(biāo),對光子晶體波導(dǎo)耦合效應(yīng),多模干涉效應(yīng)及自映像效應(yīng),以及磁可調(diào)材料镥鉍石榴石的電磁特性進(jìn)行了理論分析和研究,先后設(shè)計了四個基于太赫茲波光子晶體結(jié)構(gòu)的太赫茲波功能器件,主要成果如下:1.設(shè)計了四通道結(jié)構(gòu)的太赫茲波解復(fù)用器,器件基于二維光子晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,研究了光子晶體波導(dǎo)耦合理論,不同入射頻率的太赫茲波具有不同的耦合長度,通過引入四個線缺陷光子晶體波導(dǎo),形成三個定向耦合光子晶體結(jié)構(gòu),利用相鄰光子晶體波導(dǎo)間的定向耦合作用,實現(xiàn)對四個不同入射頻率f_1=0.524THz,f_2=0.537THz,f_3=0.560THz,f_4=0.585THz的太赫茲波經(jīng)不同輸出端口分離輸出,輸出效率分別可達(dá)97.1%、93.7%、93.0%、91.2%,該器件尺寸極小(6.8×10.6mm2),插入損耗低,串?dāng)_小,尺寸緊湊。本節(jié)論文已發(fā)表在2015年Optics Communications的第350卷248-251頁(SCI)。2.設(shè)計了多通道可調(diào)的太赫茲波濾波器,器件基于二維光子晶體結(jié)構(gòu)及磁可調(diào)材料镥鉍石榴石單晶(LuBiIG)進(jìn)行設(shè)計,分析了磁可調(diào)材料镥鉍石榴石單晶(LuBiIG)的磁可調(diào)電磁特性,引入三個線缺陷光子晶體波導(dǎo),形成兩個镥鉍石榴石(LuBiIG)光子晶體結(jié)構(gòu),利用相鄰光子晶體波導(dǎo)間的定向耦合作用實現(xiàn)對三個不同入射頻率f_1=0.528,f_2=0.612,f_3=0.663的太赫茲波經(jīng)不同輸出端口分離輸出,輸出效率分別達(dá)96.3%、95.1%、95.3%,并通過改變對兩個镥鉍石榴石(LuBiIG)光子晶體結(jié)構(gòu)施加的外加磁場強(qiáng)度來改變介質(zhì)柱折射率從而實現(xiàn)對不同入射頻率的太赫茲波實現(xiàn)變換通道輸出的功能,從而實現(xiàn)可調(diào)性能,該器件尺寸極小(3.8mm×10mm),插入損耗低,消光比高,尺寸緊湊。本節(jié)論文已發(fā)表在2015年IEEE TRANSACTIONS ON TERAHERTZ SCIENCE AND TECHNOLOGY的第4期第5卷551-555頁(SCI)。3.設(shè)計了多通道可調(diào)結(jié)構(gòu)的太赫茲波功分器,器件基于二維光子晶體結(jié)構(gòu)及磁可調(diào)材料镥鉍石榴石單晶(LuBi IG)進(jìn)行設(shè)計,分析了表面波模式光子晶體波導(dǎo)的特性,利用時域有限差分法對器件進(jìn)行了仿真驗證,引入一個輸入光子晶體波導(dǎo),一個1×3光子晶體波導(dǎo)以及三個1×2的T形光子晶體表面波模式波導(dǎo)組成,器件有六個輸出端口。利用磁可調(diào)材料镥鉍石榴石單晶(LuBiIG)的磁可調(diào)性能,在未施加外加磁場時,實現(xiàn)一分六的功分功能,各通道輸出功率達(dá)16.2%,總輸出功率達(dá)97.2%。當(dāng)施加外加磁場時,實現(xiàn)一分四的功分功能,各通道輸出功率達(dá)24.2%,總輸出功率為96.8%。器件尺寸為22a×30a(4.4×6.0mm2),相比于傳統(tǒng)太赫茲波光子晶體功分器,本設(shè)計采用了表面波模式光子晶體波導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計,縮減了近一半的尺寸,結(jié)構(gòu)緊湊,且器件并具備可調(diào)性能,可變換功分倍數(shù)。本節(jié)論文已發(fā)表在2015年Optics Communications的第356卷616-619頁(SCI)。4.設(shè)計了光子晶體的太赫茲波偏振分束器,根據(jù)光子晶體波導(dǎo)多模干涉及自映像效應(yīng),對光子晶體和傳統(tǒng)硅波導(dǎo)的多模干涉耦合結(jié)構(gòu)相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計,通過對光子晶體層的參數(shù)設(shè)計使透射的TE波及反射的TM波分別在兩個端口成像輸出,實現(xiàn)偏振分束性能。TE和TM波的最小消光比分別為18.36dB和13.35dB,器件尺寸為4.825×0.4mm。本設(shè)計在傳統(tǒng)硅波導(dǎo)中嵌入光子晶體,整個器件的長度不需要滿足耦合長度的整數(shù)倍這一要求,顯著縮小了分束器的尺寸大小,器件結(jié)構(gòu)極為緊湊,便于加工制作,且輸入輸出波導(dǎo)采用傳統(tǒng)硅波導(dǎo),極易與其他器件實現(xiàn)集成。本節(jié)論文已發(fā)表在2014年Optoelectronics Letters的第10卷第5期325-328頁(EI)。
【關(guān)鍵詞】：太赫茲波 光子晶體 波導(dǎo) 可調(diào)器件
【學(xué)位授予單位】：中國計量學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN713;TN626
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 1 緒論16-23
• 1.1 太赫茲波簡介16-18
• 1.1.1 太赫茲波特性17
• 1.1.2 太赫茲波應(yīng)用17-18
• 1.2 太赫茲波器件簡介18-21
• 1.2.1 光子晶體太赫茲波器件研究進(jìn)展19-21
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排21-23
• 2 光子晶體的計算分析方法及理論研究23-29
• 2.1 平面波展開法原理及公式23-24
• 2.2 時域有限差分法24-28
• 2.2.1 時域有限差分法原理及基本公式24-27
• 2.2.2 吸收邊界條件及激勵源27-28
• 2.3 小結(jié)28-29
• 3 光子晶體太赫茲波器件研究設(shè)計29-58
• 3.1 四通道結(jié)構(gòu)的太赫茲波解復(fù)用器設(shè)計29-35
• 3.1.1 器件結(jié)構(gòu)模型29
• 3.1.2 理論分析29-32
• 3.1.3 數(shù)值仿真及數(shù)據(jù)分析32-34
• 3.1.4 小結(jié)34-35
• 3.2 多通道可調(diào)結(jié)構(gòu)的太赫茲波濾波器設(shè)計35-46
• 3.2.1 器件結(jié)構(gòu)模型35
• 3.2.2 理論分析35-38
• 3.2.3 數(shù)值仿真及數(shù)據(jù)分析38-44
• 3.2.4 小結(jié)44-46
• 3.3 多通道可調(diào)結(jié)構(gòu)的太赫茲波功分器設(shè)計46-52
• 3.3.1 器件結(jié)構(gòu)模型46
• 3.3.2 理論分析46-49
• 3.3.3 數(shù)值仿真及數(shù)據(jù)分析49-50
• 3.3.4 小結(jié)50-52
• 3.4 光子晶體太赫茲波偏振分束器設(shè)計52-58
• 3.4.1 器件結(jié)構(gòu)模型52-53
• 3.4.2 理論分析53
• 3.4.3 數(shù)值仿真及數(shù)據(jù)分析53-57
• 3.4.4 小結(jié)57-58
• 4 總結(jié)58-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 作者簡歷64-65

【相似文獻(xiàn)】

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