基于非布拉格共振的太赫兹波导器件研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于非布拉格共振的太赫兹波导器件研究硕士研究生：张鹭指导教师：陶智勇教授学科、专业：光学工程论文主审人：樊亚仙教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于非布拉格共振的太赫兹波导器件研究硕士研究生：张鹭指导教师：陶智勇教授学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngT

2、erahertzFunctionalWaveguide-DevicesBasedontheNon-BraggResonancesCandidate:ZhangLuSupervisor:Prof.TaoZhiyongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:OpticsEngineeringDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大

3、学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交

4、论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于非布拉格共振的太赫兹波导器件研究摘要太赫兹波技术作为一门前沿的交叉学科，在安全检查、医学成像、宽带通信等领域中具有十

5、分广阔的应用前景。随着太赫兹波技术的发展，太赫兹波的传输和调控问题已经成为研究的热点，对于易于集成功能型器件的需求也日益增长。本论文基于非布拉格共振原理设计了微米量级的圆柱状周期变截面太赫兹波导，利用其结构特性并结合在太赫兹波段具有特殊性质的材料（例如二氧化钒和液晶等）实现了具有不同功能的太赫兹波导器件。论文的主要内容如下：第一章，介绍了太赫兹波技术研究的背景和意义，概括地介绍了不同的功能器件的研究现状，简要地介绍了本论文的主要研究内容。第二章，对太赫兹波在圆柱状变截面周期波导中的传播特性进行研究，以横向模式的共振相互作用为基础，从麦克斯韦方程组出

6、发，以数值仿真计算为辅助，对其模式特性和谱带特性进行分析，为后续的太赫兹波导器件的设计提供相应的理论基础。第三章，提出了两种波导型太赫兹宽带反射器。一种是在单一结构的变截面周期波导中，通过结构参数的设计使波导禁带范围展宽来实现宽带（240.7GHz）反射；另一种是将不同结构的波导进行复合使布拉格禁带和非布拉格禁带相连通，实现了1THz附近的宽带反射。论文对波导的周期结构参数（即起伏参数、占空比）对反射频宽及反射率的影响进行了详细地讨论，最终通过优化得到了反射率高于99%、反射频宽可达554.5GHz的太赫兹宽带反射器。第四章，利用外场调控实现了三种

7、太赫兹波导光开关。第一种是将具有相变特性的二氧化钒（VO2）与周期波导进行复合，利用VO2随温度的相变特性，实现了复合波导的太赫兹光开关功能；第二种是利用液晶磁控非布拉格禁带沿实现的光开关，在空心变截面波导中填充向列型液晶E7，通过外部磁场控制液晶分子排列方向来改变有效折射率，从而改变波导禁带沿的位置，实现了磁控太赫兹波导光开关。第三种是利用非布拉格缺陷模实现的液晶磁控开关，在具有缺陷的变截面波导中填充向列型液晶E7，利用液晶的磁控效应对缺陷模的频率进行调控，从而实现太赫兹窄带波导磁控开关。总之，本文利用具有周期结构的变截面圆柱状波导，结合不同的外

8、场可调控材料实现了多种功能型太赫兹波导器件，具有结构简单、尺寸小、易于集成等优点，可以满足太赫兹波通信、成像、量子级联激光