基于介質(zhì)柱型光子晶體波導的太赫茲功能器件研究.pdf

1、目前的太赫茲（Terahertz，THz）系統(tǒng)以自由空間為主，隨著THz固態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，THz波導及其功能器件將發(fā)揮重要作用。本文基于介質(zhì)柱的光子晶體結(jié)構(gòu)，研究和設計了THz波段的若干波導型功能器件。
　　首先，相對于常用的THz聚焦束時域光譜系統(tǒng)，THz平行束時域光譜系統(tǒng)更適用于對波導型功能器件進行實驗測試。為此，進行了THz平行束時域光譜系統(tǒng)的研究和搭建。通過系統(tǒng)優(yōu)化，達到了一定的性能指標:獲得系統(tǒng)的信噪比約為128.9，動態(tài)

2、范圍約為147.3，太赫茲平行束束斑直徑約為3.89cm，束斑直徑沿傳播方向的波動小于0.17％/cm，平行度較好。
　　其次，基于光子晶體理論，分別設計加工和實驗測量了一種實芯THz光子晶體光纖和一種空芯THz光子晶體光纖。實芯THz光子晶體光纖由61根聚四氟乙烯介質(zhì)柱組成。實驗結(jié)果表明，當輸入和輸出孔徑的直徑均為中心介質(zhì)柱直徑時，在較寬的頻帶內(nèi)，長度約為3.5cm的波導相對于沒有波導時的相對傳輸率可達250％以上，包括輸入輸出

3、耦合損耗和傳輸損耗的插入損耗可低至2.45dB，實現(xiàn)了波導對THz波的約束作用?？招綯Hz光子晶體光纖采用60根聚四氟乙烯介質(zhì)柱，測量獲得了明顯的光子禁帶特性，在波導長度約為3.5cm情況下傳輸帶中插入損耗可低至6.65dB。
　　然后，在THz光子晶體光纖基礎(chǔ)上，結(jié)合金屬線表面等離子體效應，探討了嵌入金屬線后波導模式與表面波模式的相互作用，分析了金屬線尺寸和位置變化的影響。實驗嘗試了結(jié)合銅絲的聚四氟乙烯實芯THz光子晶體光纖的單

4、偏振波導，觀察到了一定的單偏振現(xiàn)象，實驗結(jié)果與仿真分析一致，在特定頻率附近的偏振消光比達到7.8dB。
　　最后，基于磁光效應，提出了三種具有非互易性的介質(zhì)柱光子晶體波導型器件:隔離器、環(huán)形器和交叉波導。隔離器采用了釔鐵石榴石介質(zhì)柱，獲得了連續(xù)的單向傳輸頻帶。如果定義工作帶為傳輸端口傳輸率大于0.5并且隔離端口傳輸率小于0.1，相對帶寬為實際帶寬與帶中心頻率的比值，那么相對帶寬可達10.6％，隔離度最高可達115dB。第一種環(huán)形器