掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导的特性研究

摘要

近年来，国际上掀起了太赫兹研究的热潮，太赫兹科学技术的发展更为迅速。太赫兹波在电磁波谱上，位于微波与红外光之间，从而具备一些独特的性质，在很多方面如物体成像、环境监测、医疗诊断、宽带移动通讯、卫星通讯和军用雷达等领域具有一定的应用潜力。目前太赫兹波传输主要是基于开放空间传输，对于太赫兹波的低损耗、低色散的长距离传输，仍是科研人员面临的一项难题。光子晶体用于波导制作十分有利，许多塑料材料在太赫兹波区吸收较少，这为研制低损耗、低色散太赫兹波的塑料光子晶体波导提供了可能。
　　 本文设计了一种新型的塑料光子晶体太赫兹波导，该波导包层为聚乙烯中含有按三角形格子周期排列的空气孔，芯层为有机材料聚四氟乙烯。首先应用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体太赫兹波导的带隙结构，研究了空气填充率变化对光子带隙结构的影响。接着应用光束传播法(BPM)研究这种结构的波导的模式特性并与其他结构进行比较。然后应用频域有限差分法(FDFD)对不同参数太赫兹波导的损耗进行了仿真计算。结果表明，选取合适的参数结构，损耗最低值可以达到2dB/km。最后采用时域有限差分法(FDTD)计算波导的缺陷态频率，然后得到色散特性曲线。结果表明，较高填充率有利于获得更好的色散特性，而通过调节孔间距可以调节波导色散零色散点，波导色散斜率和波导色散的值。研究结果表明，本文提出的掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导是一种适合太赫兹波传输的光子带隙效应型波导，在太赫兹波段具有良好的传输特性，而且相对于普通光子晶体光纤，塑料光子晶体太赫兹波导在成本，制作工艺方面都有非常明显的优势。