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太赫兹光子晶体透波器件的设计与测量

李珊珊  
【摘要】:随着5G技术的商用和加速推广,对高频率通信技术包括6G技术提出了更高的要求,对于更高频率的电磁波频段如何应用一直是众多研究的一大热点。太赫兹波作为位于0.1THz-10THz频段之间的波,经过过去20余年的发展研究者们已经填补了太赫兹间隙(THz Gap)这一发展空白,因其瞬态性、高信噪比、相干性、穿透性、指纹光谱、低能量、水分子强烈吸收等特性,太赫兹波被逐渐应用于诸多领域,现在太赫兹传感与成像系统已逐步商用,太赫兹无线通信必会是更新一代无线通信的主流,基于太赫兹波的新型器件设计与研发可极大促进太赫兹技术的发展与应用,太赫兹时域光谱技术(THz-TDS,Time domain spectroscopy)这一基于飞秒超快激光技术的远红外波段光谱测量技术的应用为太赫兹技术在成像和通信技术方面的发展带来了新的契机。基于太赫兹光谱系统,可以对设计得到的器件或样品进行光学参数的测量,获得其独特的透射谱,为器件设计与应用提供理论与实践基础。我们的工作主要研究成果包括:1)在对太赫兹技术和太赫兹时域光谱系统的原理进行较为深入的分析之后,基于Advantest TAS7400TS太赫兹时域光谱系统,完成了对硅片、PET和其他样品等基本材料的光谱测量;2)基于阻抗匹配理论完成了对太赫兹光子晶体(THz-Phcs)的设计;3)在理论上和实验上证明了本器件具备在自由空间内的广角阻抗匹配特性,并可以实现在较宽频谱范围内对色散引起的Fabry-Perot共振的有效抑制,基于太赫兹时域光谱系统,在TE和TM两个偏振态下,我们得到宽入射角范围(0-60°)和相对宽谱范围(0.26THz至0.55THz)的高透射率和对Fabry-Perot共振的有效抑制。我们的工作为提高太赫兹光谱的透射率和成像质量开辟了一种通用方法,简洁高效低成本的器件设计也为未来太赫兹通信技术的发展提供了新的参考途径。


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