基于电磁超材料和光子晶体的可调太赫兹波器件分析-(5715)

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1、基于电磁超材料和光子晶体的可调太赫兹波器件研究摘要：近年来，太赫兹科学技术作为一门前沿的新兴交叉学科成为电磁学领域的研究热点，它在通信、医学、公共安全等诸多领域具有深远的科学研究价值和巨大的发展潜力。然而，太赫兹波技术的实际应用离不开太赫兹波调制器、滤波器以及开关等功能性器件的支持。因此，太赫兹波器件尤其是可调器件的缺乏，大大限制了太赫兹波技术的进一步发展。电磁超材料和光子晶体作为新型人工材料有望在太赫兹波器件的开发和研制中起到越来越重大的作用。本文主要针对基于电磁超材料和光子晶体的可调太赫兹波器件展开研究工作，主要研究内容包括：1.设计了两种可调型太赫兹波吸收器。（1）光可调太赫兹

2、波吸收器：在顶层开口谐振环的外侧两开口处引入了光电半导体硅材料，通过控制泵浦激光的照射情况，该吸收器就能在两个频率之间实现可调吸收，当没有泵浦激光照射时，吸收器中心吸收频率点为0.80THz，吸收率为0.9993。当有泵浦光照射时，吸收器中心吸收频率点为1.365THz，吸收率为0.9924。（2）温控太赫兹波吸收器：引入对温度敏感的InSb材料，通过改变温度的大小，可以改变InSb基体的介电常数，从而实现对吸收频带的连续调节。当温度由140K增加到200K时，该吸收器的吸收峰值频率从0.480THz增加到0.719THz，吸收频带向高频方向移动了0.239THz，且各峰值吸收频率点

3、的吸收率均超过0.98，实现了对入射电磁波的高效吸收。2.采用点缺陷和线缺陷侧耦合的组合方式，设计了一种基于二维正方晶格光子晶体的光控太赫兹波开关。通过控制非线性点缺陷介质柱的折射率大小，就可以改变缺陷模的谐振频率，从而获得开关的功能。该开关可以实现对频率为1.033THz的太赫兹波的快速控制，消光比、插入损耗和最高响应速率分别为12.86dB、0.61dB和3.33GHz。3.在光子晶体波导多模干涉自映像原理的基础上设计了两种双波长太赫兹波功分器。（1）定向耦合型双波长太赫兹波功分器包含两个多模耦合区，分别用于实现对两个不同频率太赫兹波能量的分配。该功分器能始终保持对频率为1.20

4、THz的太赫兹波能量的平均分配。当改变虚线矩形框中可调介质柱的折射率时，可以实现对频率为1.09THz的太赫兹波能量的自由分配。（2）Y分支型I万方数据双波长太赫兹波功分器主要由一个多模耦合区和Y型波导组成。该功分器同样能始终保持对频率为1.0THz的太赫兹波能量的均分输出。通过控制Y型波导分支处的小半径介质柱B的折射率，可以实现对频率为0.893THz的太赫兹波能量的自由分配。关键词：太赫兹波；电磁超材料；光子晶体；可调器件分类号：TN015II万方数据Researchontunableterahertzwavedevicesusingmetamaterialsandphotoni

5、ccrystalsAbstract：Inrecentyears,theterahertzscienceandtechnologyhasbecometheresearchhotspotinthefieldofelectromagnetics,asanewfrontierinterdisciplinary.Ithasafar-reachingscientificvalueandhugedevelopmentpotentialinawiderangeofdisciplines,suchascommunication,medicalscience,publicsecurityandsoon.

6、However,thepracticalapplicationofterahertztechnologyisimpossiblewithoutthesupportofterahertzmodulators,filters,switchesandotherfunctionaldevices.Therefore,thelackofterahertzwavedevicesespeciallytunabledeviceslimitedthefurtherdevelopmentofterahertztechnology,enormously.Asnewtypesofartificialmate

7、rials,metamaterialsandphotoniccrystalsareexpectedtoplayanimportantroleinthedevelopmentofterahertzwavedevices.Thisdissertationmainlyfocusedontunableterahertzwavedeviceswhichbasedonmetamaterialsandphotoniccrystals,andthemainresearch