基于复式晶格THz双波长滤波器的设计与性能分析

摘要

THz波作为电磁波频谱中的空白波段，具有巨大的发展潜力，将被广泛应用于未来高速率、超宽带无线通信系统领域。THz波滤波器是THz通信系统中关键器件之一，而THz技术和光子晶体技术的结合为THz波滤波器的设计提供了扎实的理论基础，随着密集波分复用通信系统的快速发展，对THz波多波长滤波器的研究具有重要意义。
　　本文设计了一种基于复式正方晶格THz双波长滤波器，首先分析了光子晶体滤波器的原理；利用在完整光子晶体上引入点、线缺陷，并在点缺陷处填充砷化镓（GaAs），设计了具有双波长选频滤波功能THz滤波器；然后采用FDTD方法对该滤波器点缺陷处缺陷模、滤波器主波导和滤波波导的透射谱进行数值仿真，确定THz双波长选频滤波器的最优结构参数，并对该滤波器的各项性能指标进行了分析；仿真结果表明，采用复式晶格结构的光子晶体带隙范围大，可通过一个点缺陷出现两个缺陷模，所设计的THz双波长滤波器可实现62.511μm(4.799THz)和65.925μm(4.551THz)的超窄带双波长选频滤波功能，该滤波器滤波效率高达97.62％、信道隔离度为22.57dB、插入损耗0.08dB、滤波器整体响应时间为64ps，性能优良。
　　在THz双波长滤波器的基础上，在点缺陷处引入三阶非线性材料掺杂香豆酮的聚苯乙烯，通过控制作用于点缺陷处的泵浦光强，设计出可调谐的THz双波长选频滤波器，分析滤波器的动态可调谐滤范围；仿真结果表明，该滤波器可实现中心频率可调的双波长滤波功能，动态可调谐范围为41.534~41.834μm和74.264~75.164μm，最大动态迁移量为0.9μm，滤出的波长尖细陡直，频带宽度小，为制作性能优良的可调谐窄带双波长滤波器奠定基础。最后，探讨了THz双波长滤波器在未来THz通信系统中的应用。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 THz波技术及研究现状

1.2 光子晶体的特性及研究方法

1.3 基于光子晶体的THz选频滤波器简介及研究进展

1.4 论文研究重点与安排

第二章 基于光子晶体的THz双波长滤波器的基本理论

2.1 平面波展开法(PWM)

2.2 时域有限差分法（FDTD）

2.3小结

第三章 复式晶格光子晶体THz双波长滤波器的设计

3.1 复式晶格THz波光子晶体滤波器滤波原理

3.2 复式晶格光子晶体材料的选择与晶格结构设计

3.3 复式晶格THz波双波长滤波器的设计

3.4 小结

第四章 复式晶格光子晶体THz波双波长滤波器的性能分析

4.1 THz双波长选频滤波器性能指标

4.2点缺陷半径大小对THz双波长滤波器性能的影响

4.3 THz双波长滤波器的滤波性能分析

4.4小结

第五章 连续可调谐THz双波长滤波器的设计与特性研究

5.1 非线性材料的选取

5.2 连续可调谐THz波双波长窄带滤波器滤波原理

5.3 连续可调谐THz波双波长滤波器设计与性能分析

5.4小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢