新型太赫茲波導(dǎo)研究.pdf

1、太赫茲（THz）電磁波在超快過程探測(cè)、材料表征、環(huán)境檢測(cè)、物體成像、醫(yī)療診斷、高速光電子器件、寬帶移動(dòng)通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前由于缺乏低損耗、低色散的波導(dǎo)而使其應(yīng)用受到很大的限制。因此，研究與開發(fā)高性能傳輸太赫茲波的波導(dǎo)對(duì)推動(dòng)太赫茲的應(yīng)用具有重要的意義。 本文著重分析了太赫茲金屬空芯波導(dǎo)和金屬鍍層空芯波導(dǎo)的傳輸特性，討論了影響傳輸特性的因素，并對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出了介質(zhì)/金屬空芯波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步提高太赫茲空芯波導(dǎo)

2、的傳輸特性提出參考。 首先，通過空芯波導(dǎo)傳輸理論對(duì)太赫茲金屬空芯波導(dǎo)進(jìn)行分析，討論了金屬空芯波導(dǎo)的導(dǎo)光機(jī)理和模式損耗。THz空芯波導(dǎo)的低階傳輸模式主要為TE11、TM01和TE21模，其中TE11模的截止波長(zhǎng)是最長(zhǎng)的，因而是圓波導(dǎo)中的最低階模式，即主模。TM01模是最低的圓對(duì)稱模式。 其次，詳細(xì)闡述高頻電磁場(chǎng)有限元數(shù)值分析方法，介紹了Ansoft HFSS電磁場(chǎng)仿真軟件。使用HFSS精確求解太赫茲金屬空芯波導(dǎo)的模場(chǎng)分布、

3、傳輸損耗與色散，并與理論值進(jìn)行對(duì)比，證明了研究手段的可行性，為研究太赫茲波導(dǎo)提出一種有效的新方法。 再次，討論了金屬鍍層空芯波導(dǎo)的傳輸特性與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過仿真討論了波導(dǎo)芯徑、鍍層金屬種類、鍍層厚度和彎曲對(duì)傳輸特性的影響，確定了金屬鍍層空芯波導(dǎo)的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)，即在內(nèi)半徑為1mm，銀膜的鍍層厚度大于0．1μm時(shí)，該結(jié)構(gòu)的主模-TE11模的衰減系數(shù)在0．5THz以下小于2dB/m，色散小于1．7ps/THz/cm，能夠?qū)⑻掌澆ǖ膫鬏?/p>

4、距離量級(jí)提高至米級(jí)。 論文的最后，對(duì)金屬鍍層空芯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，通過內(nèi)鍍介質(zhì)膜進(jìn)一步減小損耗和色散，討論了不同材料的電介質(zhì)層對(duì)傳輸性能的影響，設(shè)計(jì)出了介質(zhì)/金屬空芯波導(dǎo)合適的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。當(dāng)選擇聚乙烯（PE）作為介質(zhì)層，鍍膜厚度為13μm時(shí)，金屬層為0．1μm的銀膜時(shí)，主模TE11模的傳輸損耗最小降至0．41dB/m。該結(jié)構(gòu)的群速度色散與鍍銀空芯波導(dǎo)基本相同。本文對(duì)材料的選擇和膜厚的確定提出了明確的方法，為進(jìn)一步提高波導(dǎo)性能打下