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基于光子晶体的太赫兹器件研究

王华娟  
【摘要】:太赫兹(Terahertz,THz)技术是近二十年来随着其产生机理、检测技术和应用技术发展起来的,处于红外与微波辐射之间的一种新型技术。由于THz本身具有的一些独特优点,如THz谱包含丰富的物理化学信息,以及太赫兹脉冲的瞬态性、宽带性、相干性、低能性等特性,在很多方面如物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯等方面具有一定的应用潜力。而折射率周期变化的介质材料组成的具有光子禁带的光子晶体可以制造多种器件,如光子晶体滤波器、反射器、开关等,并且能够根据需要进行合理的引入缺陷或改变结构,具有一定的可调节性。这种光子晶体的结构同样也适用于太赫兹波段,并且在太赫兹波段具有一定的优势,因为太赫兹波段的光子晶体结构跟光学波段的光子晶体结构相比在制作上容易的多,同时跟微波段的光子晶体结构相比,结构具有一定的紧凑性。因此,研究太赫兹波段的光子晶体材料,并构造太赫兹光子晶体器件,且分析它们的性能,为THz技术的应用提供一个有利的基础。 本文从太赫兹波的特性出发,设计了适合于应用于太赫兹波段的光子晶体器件。首先从光子晶体的基本结构出发,包括正方晶体结构,三角品格结构等,以及在各种结构中引入缺陷,包括点缺陷和线缺陷等,形成太赫兹波段的宽带滤波器,超窄带滤波器以及波导等器件。同时从非线性介质出发,在光子晶体结构中引入非线性缺陷,根据非线性的特性,制成了太赫兹波段的高效丌关等。与光纤光栅原理相结合,构造了太赫兹段的啁啾和变迹的光子晶体结构,为太赫兹波段的光子晶体带隙结构提供了一个调节尺度。最后,为验证太赫兹波段的光子晶体的特性,设计并构造了一个太赫兹时域谱(THz-TDS)的系统。


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