液晶光子晶体光纤THz滤波和传感特性研究

摘要

THz波是介于微波和红外之间的波，具有很优秀的性质。近年来对它的研究越来越热，在科研和生活中的应用研究也越来越多，如空间通信、大气科学、安全检测领域。但太赫兹波的直接运用还比较少，主要是因为它在自由空间传播时损耗较大。太赫兹波导器件的开发和研制成为THz能否被广泛应用的关键。
　　光子晶体光纤不同于传统光纤，其包层中有很多周期性排列的空气孔，这种特殊的结构使光子晶体光纤具有很多优秀的性质。光子晶体光纤与THz技术相结合，为THz波导器件的研究开辟出一条崭新的道路。在光子晶体光纤的空气孔中填充液晶，可以改变光子晶体光纤的结构参数，使研究范围进一步拓宽。
　　本文首先对液晶的光学性质进行了研究，选择5CB液晶作为本文光子晶体光纤的填充材料，探究了它在温度和电压下的特性。介绍光子晶体光纤的一些结构特征，综合了目前主流的一些数值分析方法。利用有限元法，在研究具有二维周期性结构的光子晶体光纤时，给出了参数的选择条件。
　　本文研究了液晶掺杂的光子晶体光纤在THz波段的滤波和传感特性。
　　在调谐滤波方面，利用液晶折射率易控的特点，提出一种全新的THz滤波器设计方案，把液晶材料填充到光子晶体光纤的空气孔中，通过控制液晶的双折射率来调谐光子晶体光纤的带隙，改变太赫兹波的传输频率，达到调谐滤波的目的。讨论了反谐振模型，它可以预测带隙型光子晶体光纤损耗的最大值点。研究了带隙型光子晶体光纤的开关和滤波特性，验证了反谐振模型的正确性，这样可以利用反谐振模型来设计带隙型光子晶体光纤的结构，从而实现特定波段的调谐滤波。
　　在传感方面，利用液晶的可调谐性，分析研究了带隙型光子晶体光纤在温度和电压环境下的传感特性，比较了在温度和电场作用下，有效折射率、限制损耗、有效模场面积的不同特点。

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第一章 绪论

1.1 THz波技术简介及研究现状

1.2 光子晶体及光子晶体光纤简介

1.3 课题研究意义

1.4 论文结构

第二章 液晶的光学性质

2.1 液晶的基本性质

2.2 液晶的光学性质

2.3 本章小结

第三章 光子晶体光纤的数值计算方法

3.1 计算方法简介

3.2 有限元法

3.3 本章小结

第四章 光子晶体光纤调谐滤波特性研究

4.1 液晶折射率在THz波段的温度特性

4.2 反谐振模型

4.3 光子晶体光纤的调谐滤波特性研究

4.4 本章小结

第五章 带隙型液晶光子晶体光纤在THz波段的传感特性

5.1 温度传感特性研究

5.2 电压传感特性

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢