基于光子晶體及光子晶體光纖太赫茲傳輸器件的研究

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1、摘要摘要太赫茲(THz)波是指波長介于30-~30001zm之間的電磁波。隨著太赫茲波產(chǎn)生技術(shù)的發(fā)展,太赫茲波的相關(guān)應(yīng)用成為公認(rèn)的研究焦點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng),太赫茲波器件是必不可少的組成部分,而目前系統(tǒng)中,大都采用控制太赫茲波在自由空間傳輸?shù)钠骷?,使得系統(tǒng)不易控制。光子晶體是制作太赫茲波集成器件的有效結(jié)構(gòu)。利用光子晶體帶隙特性實(shí)現(xiàn)的太赫茲波傳輸控制器件必然會(huì)增加系統(tǒng)的可控性、穩(wěn)定性、可集成性。本文的主要工作包括以下四個(gè)方面:1、利用布拉格光纖的結(jié)構(gòu),‘設(shè)計(jì)了一種高消光比的太赫茲開關(guān)。利用一維光子晶體的帶隙原理分析了包層的損耗特性,從而實(shí)現(xiàn)了高消光比。除

2、了消光比極高的特點(diǎn)外,此開關(guān)還易于與用于傳輸太赫茲波的低損耗布拉格光纖耦厶口o2、利用兩根布拉格光纖的耦合作用,設(shè)計(jì)了一種太赫茲波分束器。通過多'HJn磁場強(qiáng)度的變化可以改變包層內(nèi)液晶分子取向的變化,從而控制分光比。本文采用奇偶模式理論分析了耦合長度,并模擬了外場連續(xù)變化時(shí),液晶分子的取向變化。3、分析了二維光子晶體缺陷模帶隙圖的平坦區(qū)域,提出利用此區(qū)域和外場控制液晶分子取向的原理設(shè)計(jì)可調(diào)的太赫茲相位器件。分別分析了正方晶格和六角晶格的二維光子晶體,計(jì)算了當(dāng)液晶折射率變化時(shí)缺陷模平坦區(qū)域的變化,從而得出可調(diào)相位器件的調(diào)節(jié)范圍。4、提出了一種多功能光子晶

3、體太赫茲十字形波導(dǎo)。該波導(dǎo)可以在直通狀態(tài)、分束狀態(tài)、90。轉(zhuǎn)折狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)了多功能、集成化的特點(diǎn)。采用了耦合模理論消除了回波損耗,并模擬了外場和太赫茲波的場分布,從而得到并優(yōu)化了結(jié)果。關(guān)鍵詞:太赫茲波、光子晶體、液晶、布拉格光纖、傳輸器件AbstractR粕bertz(THz)wavesrefertotheelectromagneticwaveswithwavelengthrangebetween30~300吮m.Inrecentyears,therehasbeengreatinterestinTI-Lzwaveapplicatio

4、ns.Torealizethefunctionoftheseapplicationsystems,THzwavedevicesareindispensable,however,inmostsystems,THzwavespropagateinthefreespace,SOitisdifficulttocontrolandguidethewaves.PhotonicCrystalsareeffectivestructurestoformTHzwaveguidedevices.Byusingthebandgapcharacteristics,theTHzw

5、avesdevicesbasedonphotoniccrystalsaresuretomakethesystemmorecontrollable,morestableandeasiertobeintegrated.Theresearchworkinthispapermainlycontainsthefollowingfourparts:1.UsingtheBraggfiberstructure,wedesignahighextinctionratioTHzswitch.Thetheoryaboutthebandgapinonedimensionalph

6、otoniccrystalsisusedtoanalyzedthelosscharacteristicofthecladdingandthusenhancetheextinctionratio.ThisswitchiseasytobecoupledwimtheBraggfiberforTHztransmission.2.BasedonthecouplingeffectbetweentwoBraggfibers,wedesignaTHzsplitter.Byutilizingexternalmagneticfield,wecontrolthedirect

7、ionoftheliquidcrystalmoleculesandthuscontrolthesplitratio.Weusetheevenandoddtheorytoanalyzethecouplinglengthandwesimulatethecontinuouschangeofthedirectionoftheliquidcrystalmoleculeswiththevariationofexternalfield.3.Weanalyzetheslowgroupvelocityl"egionofbandmapoftwodimensionalpho

8、toniccrystalswithlineardefect.Sucheffectandliqu

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