太赫茲通信系統(tǒng)及表面等離子體光波導(dǎo)器件研究.pdf

1、人類進(jìn)行通信的歷史已很悠久。早在遠(yuǎn)古時期，人們就通過簡單的語言、壁畫等方式交換信息。到了近現(xiàn)代，借助科學(xué)技術(shù)的不斷改革與進(jìn)步，通信技術(shù)也得以迅猛發(fā)展。但是隨著生產(chǎn)的發(fā)展，大規(guī)模改造自然的需要以及人們生產(chǎn)和生活的日益社會化和國際話，所需要傳遞的信息數(shù)量幾乎每周，每月都呈現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的天文數(shù)字。現(xiàn)在已建立的有線和無線通信系統(tǒng)在通信容量和通信效率方面正日益顯露出局限性。
　　 THz波介于微波與遠(yuǎn)紅外光之間，處于電子學(xué)向光子學(xué)的過渡領(lǐng)域，

2、它集微波通信與光通信的優(yōu)點于一體，同時在傳輸?shù)确矫嬉脖憩F(xiàn)出獨有的特性。THz技術(shù)可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、遙感、國土安全與反恐、高保密的數(shù)據(jù)通訊與傳輸、大氣與環(huán)境監(jiān)測、實時生物信息提取以及醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域。因此，THz研究對國民經(jīng)濟(jì)和國家安全有重大的應(yīng)用價值。同時，由于太赫茲頻段屬于空白頻段，現(xiàn)在沒有分配執(zhí)照，可望提供固網(wǎng)和移動網(wǎng)的高服務(wù)質(zhì)量(QoS)寬帶多媒體10Gb/s左右的無線業(yè)務(wù)。
　　 電子學(xué)和光子學(xué)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了數(shù)據(jù)處理

3、和傳輸能力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高度集成化成為主流的發(fā)展方向。傳統(tǒng)介質(zhì)集成光學(xué)器件由于衍射極限的限制，在小型化、集成化方面遇到瓶頸。表面等離子體是強(qiáng)烈束縛在金屬和電介質(zhì)材料界面上的一種特殊的電磁場形式。表面等離子體波導(dǎo)有著在亞波長尺度內(nèi)對光的傳導(dǎo)能力。通過適當(dāng)?shù)牟▽?dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計，就可以突破衍射極限的限制。因此，人們開始關(guān)注表面等離子波及其器件，希望能夠在微納米級的器件和光回路中得到廣泛應(yīng)用。
　　 本文主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：

4、　　 1.詳細(xì)介紹了國內(nèi)外太赫茲通信的研究情況；以太赫茲通信系統(tǒng)的整體框架，介紹和分析了太赫茲通信的一些關(guān)鍵技術(shù)和最新研究成果；對太赫茲的技術(shù)發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景做了展望。
　　 2.從麥克斯韋方程出發(fā)，介紹了表面等離子激元共振基本原理，特性以及激發(fā)方式。
　　 3.在傳統(tǒng)狹縫等離子波導(dǎo)的基礎(chǔ)上提出了異質(zhì)雙圓柱形納米線等離子波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。該結(jié)構(gòu)主體由GaAs以及Ag納米線組成，通過結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整，最小可以將波導(dǎo)中的傳輸

5、模限制在只有衍射極限1/600大小的模場面積中。與此同時，通過結(jié)構(gòu)尺寸的調(diào)整我們可以使傳輸距離增加到mm的范圍內(nèi)。
　　 4.通過在金屬槽型等離子波導(dǎo)中引入高折射率介質(zhì)材料，可將傳輸模能量耦合限制在高折射率材料中，以減少金屬損耗。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計可將槽型波導(dǎo)所支持的傳輸距離延長2倍，并且通過調(diào)整結(jié)構(gòu)上方涂層折射率可以實現(xiàn)對傳輸距離的控制。
　　 5.利用麥理論討論了納米金屬顆粒以及納米金屬殼顆粒的表面等離子光學(xué)特性，結(jié)合等