基于超介质的太赫兹多谐振调制器研究

摘要

太赫兹波(terahertz，THz)是位于微波段与红外波段之间的电磁波，由于缺乏有效的太赫兹器件，太赫兹技术发展缓慢。超介质是一种人工复合介质，通过改变超介质的结构尺寸可以调节其谐振频率，其在太赫兹技术中有广阔的应用前景。本文设计出基于超介质的多谐振太赫兹调制器，该调制器满足多谐振、高调制深度等要求，具有一定的实用价值和参考价值。
　　 首先，本文对超介质的基本电磁特性进行研究。通过对各种形状的超介质单元进行分析比较后提出六边形超介质结构单元，其对电场分量的入射方向不敏感，但结构复杂，为克服这一缺点，本文又设计出H形超介质结构单元，其谐振频率为0.63THz，运用S参数法提取电磁参数发现在0.35THz-0.65THz范围内等效介电常数为负值，同时谐振特性会随着结构参数变化而变化。
　　 其次，基于H形超介质结构单元，本文设计了多谐振的太赫兹超介质单元，在0.25THz-1.5THz范围内分别实现了双谐振和三谐振的谐振特性，并且谐振点一致性良好。本文详细研究多谐振超介质单元谐振特性随开口缝隙宽度的变化情况，研究表明改变开口缝隙宽度能有效调节多谐振超介质单元谐振特性，满足太赫兹调制器的设计要求。
　　 最后，将前文设计的超介质单元与二氧化钒结合，得到单谐振、双谐振和三谐振的太赫兹调制器单元。单谐振太赫兹调制器实现了80％的调制深度，且没有频率偏移，双谐振和三谐振太赫兹调制器分别实现了75％-80％的调制深度，且谐振点调制一致性良好。
　　 综上，本文设计的基于超介质的太赫兹多谐振调制器性能有了很大提高，能满足太赫兹通信系统要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 太赫兹调制器研究现状

1．3 课题来源

1．4 主要研究内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．5 结构安排

第二章 超介质的电磁特性与理论研究

2．1 超介质的等效介电常数和等效磁导率

2．1．1 等效负介电常数

2．1．2 等效负磁导率

2．2 超介质的电磁特性

2．2．1 逆snell折射效应

2．2．2 逆多普勒效应

2．2．3 逆高斯-汉森位移效应

2．2．4 逆切伦科夫辐射效应

2．3 超介质电磁参数提取方法

2．4 超介质的等效电路模型

2．5 本章小结

第三章 多谐振太赫兹超介质单元研究与设计

3．1 引言

3．2 六边形超介质单元

3．3 H形超介质单元

3．3．1 H形超介质单元仿真结果

3．3．2 超介质结构参数对谐振特性的影响

3．4 基于H形结构的多谐振太赫兹超介质单元

3．4．1 双层超介质单元

3．4．2 双谐振太赫兹超介质单元

3．4．3 三谐振太赫兹超介质单元

3．5 本章小结

第四章 基于超介质的太赫兹调制器设计

4．1 二氧化钒特性概述

4．2 调制器性能参数

4．3 基于H形结构的单谐振太赫兹调制器设计

4．4 基于H形结构的双谐振太赫兹调制器设计

4．5 基于H形结构的三谐振太赫兹调制器设计

4．6 本章小结

第五章 总结与未来工作

5．1 总结

5．2 未来的工作

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间获得的研究成果