太赫兹波导

为了得到具有某种特性的光子晶体太赫兹波导，需要仔 细设计其结构参数。
介质、空气折射率 , 0 空气环直径/间距
2R /
纤心材料折射率 2 空气环型结构
包层层数 n 空气环直径、间距
2R,
纤芯半径 R1
运用平面波法 研究空气环型的带隙特性，找到适合太 赫兹波传输的结构参数及对应结构参数 下的导波频率。
空 气 环 型 光 子 晶 体 波 导
材 料 选 取
带 隙 结 构
结 构 参 数 和 导 波 频 率
优 化 设 计
技术路线
纤 芯 掺 杂 负 折 射 介 质
带 隙 结 构
周 期 结 构 下 的 导 波 频 率
优 化 设 计
Contents
一
二 三 四 五 六 七
选题的目的和意义 国内外研究进展 研究内容 研究方案及技术路线
0.5 1.0 1.5 2.0 Frequency（THz）
0.5
1.0 1.5 2.0 Frequency（THz）
介电常数随频率变化关系图
聚乙烯的折射率为1.5，聚四氟乙烯的折射率为1.37，选取 PTFE作为芯层。
三、 研究内容
设计空气环型结构的光子晶体太赫 兹波导
材料的选取
1
2
3
基于掺杂负折射介质空气环型光子晶 体波导的研究
2.
3.
Contents
一
二 三 四 五 六 七
选题的目的和意义 国内外研究进展 研究内容 研究方案及技术路线
主要难点和解决办法
预期研究成果 课题进度安排
二、国内外研究进展
国外：2002年韩国浦项科技大学研究小组一种塑料光子晶体波导， cm 所选用的材料为高密度聚乙烯(HDPE)空心管和实心棒。实验中 ，该塑料光子晶体波导在0 I-3THz下．能够有效地传输THz脉 冲，高于0 6THz时，测得损耗和色散分别小于0 5删“和．0 3ps cm ／THz*cm， m 国内：台湾 C.Pan 的研究小组设计的空心光子晶体光纤，经 ps / km; nm 测定，其损耗在某些频率位置低于0.01 2004年，清华大学研 制的空气孔间距为0.8 ，空气孔直径与空气孔间距之比是0.835 的PCF，得到其色散值可以达到-2050 。
r

0

空气孔型光子晶体太赫兹波导
对于光子晶体太赫兹波导来说，光子带隙越大越有应用 价值。空气孔型波导影响光子禁带的主要因素有占空比 （空气孔尺寸） r / 、介电常数比 0 / 、晶格常数 。
1
0
2 R
1
r
RΒιβλιοθήκη Baidu


本课题提出的空气环型光子晶体THz波导
对于空气环型的光子晶体波导影响带隙的因素还有空气 环内径 r 、气环外径 R 、介质柱的相对介电常数 1。
时域有限差分法 分析太赫兹在这种波导中的传输损耗、 色散特性，通过参数的调整得出最优 化的设计结构。
三、 研究内容
设计空气环型结构的光子晶体太赫 兹波导
材料的选取
1
2
3
基于掺杂负折射介质空气环型光子晶 体波导的研究
2. 材料的选取
材料选取时，主要应考虑透过性能和折射率。单晶硅对 于频率在10THz以下的电磁波吸收系数很小，几乎是透明 的。而且在对于波长在10.27μm到3㎜之间的电磁波，单 晶硅的折射率变化极为缓慢，可以近似认为维持在一个 定值 n=3.42 ，可以用它来作为波导包层。介质柱的相对 介电常数与相同或是小于背景材料的半导体材料（硅或 砷化镓）。
预期研究成果 课题进度安排
四.研究方案和技术路线
1.挑选适合于THz波段的光子晶体介质材料， 要求这些材料对 THz 无吸收，在 THz 波段的介 电常数比较大。
方案设计
2. 光子禁带的基础理论研究，制作的是频率 禁带处在THz波段的光子晶体波导。 3.通过参数的调整得出最优化的具体的设计 结构。
Contents
一
二 三 四 五 六 七
选题的目的和意义 国内外研究进展 研究内容 研究方案及技术路线
主要难点和解决办法
预期研究成果 课题进度安排
七.课题进度安排
2010.9~2010.12 查阅、整理资料 2011.1~2011.8 完成论文撰写前的各项准备工作 2011.9~2011.12 撰写毕业论文 2012.1~2012.3 准备论文答辩
主要难点和解决办法
预期研究成果 课题进度安排
五.主要难点和解决办法
大部分光子晶体波导的 设计都基于光子禁带的 存在。所以，探索具有 更大绝对禁带的光子晶 体太赫兹波导结构成为 该课题的重点研究。
运用PWM法
主要难点
解决方法
Contents
一
二 三 四 五 六 七
选题的目的和意义 国内外研究进展 研究内容 研究方案及技术路线
请各位老师批评 指正，谢谢！
3．基于掺杂负折射介质空气环型光子晶体波导的研究
光子晶体光纤 技术日趋完善， 提高的空间变小
对新型材料 的研究
负折射介质( 0, 0 )
应用以电磁波的 理论为基础
Contents
一
二 三 四 五 六 七
选题的目的和意义 国内外研究进展 研究内容 研究方案及技术路线
主要难点和解决办法
主要难点和解决办法
预期研究成果 课题进度安排
六.预期研究成果
1.本课题提出波导的带隙宽度大于相同的结构参 数下空气孔型波导的带隙宽度。
2.选择合适的参数使光子晶体太赫兹波导获得较 好的色散特性，损耗最低值可以达到1.5dB／㎞ 以下。 3.新型材料负折射介质填充光子晶体太赫兹波导 后，通过合理的参数设定可以得到很好的带隙结 构，更好的传输太赫兹波。
Contents
一
二 三 四 五 六 七
选题的目的和意义 国内外研究进展 研究内容 研究方案及技术路线
主要难点和解决办法
预期研究成果 课题进度安排
一、选题的目的和意义
1.
随着 THz技术的发展，如何低损耗、 低色散的传输THz变得非常重要。 光子晶体的引人为THz的传输开辟新 的道路。 光子晶体光纤目前研究存在的不足
1 1
Contents
一
二 三 四 五 六 七
选题的目的和意义 国内外研究进展 研究内容 研究方案及技术路线
主要难点和解决办法
预期研究成果 课题进度安排
三、 研究内容
设计空气环型结构的光子晶体太赫 兹波导
材料的选取
1
2
3
基于掺杂负折射介质空气环型光子晶 体波导的研究
1.设计空气环型结构的光子晶体太赫兹波导