硅太赫兹波导配置及性能分析
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（） 得 ５可
硅 太赫 兹波 导 配置 及 性 能分 析
李 明亮 ，， ｌｌ ，王 ａ２ ｂ 聪２
（ ．石家庄经济学院 ａ 河 北省光 电信息 与地球探测技术重点实验室 ； ｂ 信息 工程学院 ，石家庄 ０ ０ ３ ； １ ． ． ５ ０ １ ２ ．中国矿业大学（Ｌ ４ 京）机 电与信息 工程学院 ，北京 １０ ８ ） ００３
２ Ｓｈ ｏ Ｍｅｈ ｎｃｌ ｌ ｔ ｎｃ＆Ｉ ｏｍａｉｎ ｎ ｉｅｒ ．ｃ ｏ ｌｆ ｃａ ｉ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｔ ｇｎｅ． ｏ ａＥ ｃ ｏ ｆ ｏＥ Ｃ ｉａＵ ｉ ｒｉ Ｍｉｉｇ＆ Ｔｃｎ ｌｇ ， ｅ＇ｇ１０ ８ ， ｈｎ ｈｎ ｎｖ ｓｙｏ ｎｎ ｅ ｔｆ ｅｈ ｏｏ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ） ｙ ｊ ｉ
１ Ｈｚ ５ Ｔ ，输 出功 率 可 达 到微 瓦 级 。
关键词：硅波导；波导配置；数 学模型 ；性 能分析 中图分类号 ：Ｔ ２ ２ Ｎ ５ 文献标 志码 ：Ａ ｄ ｉ ０３ ６￣ｉ ｎ１０ —０ Ｘ． １． ． ８ ｏ ：１ ． ９ ．ｓ． ３５ １ ２ ２０ ０ ９ ｓ ０ ０ ６０
Ｃｏ ｆｇ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｎａｙ ｉ ｆｔ ｉｉｏ ｚＷ ａ ｇ ｉ ｎ ｕｒ ｔｏ ｎ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅＡ ｉ ｌ ｓｓｏ ｈｅＳ ｌｃ ｎ ＴＨ ｖｅ ｕ ｄｅ
ＬＩＭ ｉ １ａ ， ＇． Ｗ ＡＮ Ｇ ｎｇ．ｉ ｎｇ － Ｃｏｎ ｇ
，
Ｈ ３ ｘ
０
Ｚ ￣ ｅＩＥ ｝ Ｊ
ｙ， ｊ
Ｏｃ（） ＝３ ｚ
一
ｅｐｉ３ — ｏｔ＝ ２９ 一ｏ）ｘ （ ｘ— ｚｅｐ一ｃｔ ｌ ） ｚ × ｘ （ ｚ ｉ３ 一 ０（ｉ３ｅｐｉ Ｚ ）ｘ（ｉ３ｃ ｚｃ ） ｌ ｆ ９） ０ ９ ｌ ｆ ｏ） （ Ａ
，
ｚ Ｅ ＩＥ ｋ １ ｊ Ｏ Ｏ ０
式 中 ：Ｚ与模式 常数 有关 ，对于 线性物 质而 言 ，ｃ ｚ无关 。将式 （） 与 ２带入式 （） １得
ｚ Ｅ ｊ Ｅｋ
（ ３ ）
∑ａＣｚ （ ｆ
Ｚ，』ｔ ￣ Ｅ ｊ Ｅ ｅ （ｉｚ ｉ￣＋ ・＝ ｅ ｆ ￣ ｊ ｘ 一 ＋ｏ ） ＣＣ 一ｏ ｋ Ｅ ｐ Ａ ９ ｔ ８ ｚＥ
首 先 ，实现 了在 小 型高对 比折 射率 的脊 形波 导 中以较 低 损耗 引导 光学模 式 【。其 次 ，实验 获得标 准 非线性 ｌ Ｊ
收 稿 日期 ：２ １ ０ １ ；收到 修改稿 日期 ：２ １ — ３ ０ ０ 卜１ — ８ ０ ２０— ４
基 金项 目：中国科 技部 科技 人 员服务企 业行 动基 金（０ ９ Ｊ ０ ３） ２０ＧＡ ０５
ｒ ｑ ｅ ｃ ｆ ｓｌ ｏ ｅ ａ ｅ ｔ ｖ ｇ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ｈ ｘ ｅ ｉ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｉ ｃ ｎ ｔｒ ｈ ｒｚ ｗａ ｅ ｕ ｄ ｄ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｅ ａ ｅ ｔ ｅ ｅ ａｅ ｒ ｍ ｉ ｃ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｒ ｈ ｒｚ ｇ ｎ ｒ ｔ ｄ ｆ ｓ ｏ ｓｌ ｏ ｉ
４ ８
光 电工 程
２１ ０ ２年 ６月
度 ｒ 接 近 ５０ｐ Ｖ 的非线性 聚 合物Ｌ。这 些非线性 聚 合物具 有超高 速特 性 ，可用 于光 电调制 。若 选择 合 ３ ３ ０ ｍ／ ２ Ｊ 适 的硅太 赫兹 波导 设计方 案 ，再 结 合现有 的大 功率激 光技 术 ，可以产 生连 续的 太赫兹 波辐 射 。设 计 高性能 的硅太 赫 兹波导 ，获 得满 足需 求的 辐射源是 本研 究 的主要 任务 。
．
ｚ
．
一
一
Ｅｉ ｙ
．
ｆ （
＋ × ）ｄ ・Ａ ｚ
（ ６ ）
Ｅｊ ｘ Ｏ
如果给定频率的具有不同传播常数的两种模式正交 ， 则其任意子空间也正交ｐ 因此 ， 。 假定式（ 中的 ５ ） 模式集没有衰减 ，则可将整个表达式集成在 Ｘ 平面求解。将所有模式场归一化 ， 、 则对各模式而言， ６ 式（ ） 的值 为 １ ，式 （） ４的时 间平 均功率 为 １ 。假设 ，得 到 的时 间平均功 率等 于对 应的 （） Ｗ ｚ 的模 的 平方 。结合式
第３ 卷第６ ９ 期
２ １ 年 ６月 ０２
光 电工程
Ｏｐ ｏ Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｔ — ｅ ｔｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
Ｖ＿ －９ ＮＯ ６ ｏ ３ ． ． ｌ
Ｊ ｎｅ ２０１ ｕ ． ２
文章 编号 ：１ ０ — ０ Ｘ ２ １ ）６ ０ ４ — ６ ０ ３ ５ １ （０ ２０ — ０ ７ ０
０ 引 言
太 赫兹 载波 的性能 直接 决定 了太赫 兹无 线通 信 系统的信 噪 比 、动 态范 围及推 广 前景 。但 目前的 太赫兹
载 波源 在输 出频率 可调 性及 稳定 度 、输 出功 率 的可调 节范 围等 方面存 在局 限性 。
近 期 的几项研 究成 果使 采用硅 波导 产生 连续 可调 的 Ｔ ｚ波成 为 可能 ，为解 决上述 问题 提供 了突破 口。 Ｈ
（ ． ． ｂ ｉ ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｐｏ ｌ ｔ ｎｃ ｎｏｍａｉ ｎ ｅ —ｅｅｔ ｎＴｃｎ ｌｇ ； １ａＨｅ ｅＫ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆＯ ｔｅ ｃ ｏ ｉＩ ｒ ｔ ｎａ ｄＧ ｏｄｔｃ ｏ ｅｈ ｏｏｙ ｅ ｒ ｆ ｏ ｉ ｂ Ｉ ｏｍ ｔ ｎＴｃｎ ｌ ｏｌ ｅＳ ￣ａｈ ａｇＵ ｉｅｓｙｏ Ｅ ｏ ｏ ｃ，ｈ ｉ ｈ ａ ｇ０ ０ ３ ， ｈｎ ； ．ｎ ｒ ａｉ ｅｈ ｏ ｇ Ｃ ｌ ｇ ， ｈ ｉｚｕ ｎ ｎｖｒｉ ｃｎ ｍｉ Ｓ ￣ａ ｕ ｎ ５０ Ｃ ｉａ ｆ ｏ ｏ ｙ ａ ｔ ｆ ｓ ｚ １
ｃ ｎ ｒ ａ ｈ ｅ ｒ ｌｍ ｉｒ ｗａ ． ａ ｅ ｃ ｓ ｖｅ ａ ｃ ｏ— 札ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｃ ｎ ｗａ ｅ ｕ ｄ ； ｖ ｇ ｉ ｅｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎ ｍａｈ ｍａｉ ａ ｄ ｌ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ｌ ｓｓ ｙｗｏ ｄ ：ｓｌ ｏ ｖ ｇ ｉ ｅ ｗａ ｅ ｕ ｄ ｏ ｆ ｕ ａｉ ； ｔ ｅ ｔ ｌ ｉ ｉ ｏ ｃ ｍｏ ｅ； ｅ ｆ ｒ ｎ ｅａ ａｙ ｉ
１ 硅波导配置算法
非 线 性介 质的 Ｍａｗｅ 方程 为 ｘ ｌ ｌ
［ －ｌ 学 ］ ｖＥ ｆ７ ｘ ＝ ７ Ｊ Ｆ
．
㈣
（） ２
式 中 ：ｉ 『 、ｊ 和 分 别表 示 ｘ 、Ｙ和 ｚ 向的 向量 。波 导用 ｚ 向连续传 播 的介 电函数表 示 。如介 电常数 在某 方 方 些位 置为 无穷 大 ，则其导 模 为
ｔｒｈ ｒ ｖ ｇ ｉｅｉ ｔｎ ｂ ｅｉ ｈ ａ ｇ ｆ ． Ｔ ｏ１ Ｈｚｃ ｎｉｕ ｕ ｌ ｔ ｏ ｍ ｅ ｅａ ｅ ａ ｄｉ ｕ ｕ ｏ ｒ ｅａ ｅｔ ｗａ ｅ ｕｄ ａ ｌ ｔｅｒｎ ｅｏ １ Ｈｚｔ Ｔ ｏ ｔ ｏ ｓｙａ ｏ ｔｍｐ ｒｔ ， ｓｏ ｔ ｔ ｗｅ ｚ ｓｕ ｎ ０ ５ ｎ ｒ ｕｒ ｎ ｔ ｐ ｐ
作 者简 介 ：幸明 亮（９６） １７．，男（ 族） 汉 ，河 北平 山人 。副 教授 ，博 士 ，博 士后 ，主 要研 究工 作是光 通信 及检 测技 术 。
Ｅ ｍ ａ ｌ ｌ ｍｉ ｌｎ ＠１３ ｏ ‘ ｉ ｉ ｎ ｉ ￣ ６ ． ｍ。 ： ｇａ ｔ
＿
ｈ ｔ ：／ ｔｐ ／ｗｗｗ ｄ ｃａ ｎ ｇ ｇ ｃｃ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｏ ｓ ｌ ｅｌ ｔｔ ｎ ｆ ｘ ｓｉ ｇ ｔｒ ｈ ｒ ａ ｉｔ ｎｉ ｅｔ ａ ｌ ａ ｇ ｆｏ ｔ ｕ ｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｏ ｔ ｕ ｏ ｒ ｉ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｏｖ ｍｉ ｉ ｓｏ ｉ ｎ ａ ｅ ｔ ｒ ｄ ａ ｉ ｔ ｉ ａｏ ｅ ｔ ｅ ｚ ｏ ｎ ｈ ｕｎ ｂ ｅｒ ｎ ｅｏ ｕ ｐ ｔ ｑ ｅ ｃ ｎ ｕ ｐ ｔ ｗｅ ， ｔ ｒ ｆ ｐ ｓ ｒｅ ｏ Ｍ ａ ｗｅｌ ｑ ａ ｉ ｎ ｆ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｍ ｅ ｉ ｍ ｏ ａ ａ ｙ ｅ ｔ ｅ ｐ ｉａ ｒ ｐ ｒｉ ｓ ｏ ｈ ｏ ｌ ｅ ｒ ｐ ｌｍｅ ｔ ｔ ｄ ｆ ｍ ａ ｒ ｘ ｌＳ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｏ ｌ ａ ｄ ｕ ｔ ｎ ｌ ｚ ｈ ｏ ｔ ｌ ｐ ｏ ｅｔｅ ｆ ｔ ｅ ｎ ｎ ｉ ａ ｏ ｙ ｒ ’ ｏ ｎ ｃ ｎ ｔ ｅ ｒ ｔ ａｌ ， ｎ ａｈ ｍ ａｉａ ｏ ｅ ｆｓ ｉ ｏ ｖ ｇ ｉ ｅ ｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎ ｗａ ｓａ ｌ ｈ ｄ Ｔｈ ｉｈ ｒ ｆ ｃ ｉ ｅｉ ｄ ｘ ｏ ｈ ｏ ｅ ｉ ｌ ａ ｄ ａｍ ｔｅ ｔ ｌ ｃ ｙ ｃ ｍ ｄ ｌｏ ｉ ｃ ｎ ｗａ ｅ ｕ ｄ ｏ ｆ ｕ ａｉ ｓｅ ｔｂ ｉ ｅ ． ｅ ｈ ｇ ｅｒ ｔ ｎ ｅ ｆ ｌ ｉ ｏ ｓ ａ ｖ ｓｌ ｏ ｓ ｕ ｅ ｏ ｄ ｓｇ ｅ ｓｌ ｏ ｅ ａ ｅ ｔ ｖ ｇ ｉ ｅ ｔａ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｍａ ｆｔｒ ｈ ｒ ｖ ｇ ｉ ｅ ｎ ｉ ｃ ｎ ｗａ ｓ ｄ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｉ ｃ ｎ ｔｒ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｕ ｄ ．Ｉ ｌｏ ａ ａｙ ｅ ｈ ｄ ｐ ｏ ａ ｅ ｔ ｗａ ｅ ｕ ｄ ，ａ ｄ ｉ ｈ ｉ ｚ ｅ ｚ
（） ５
Ｅ３
，
０
式 中 ： 和 等 表示 每种 模式对 应 的电场或 磁场 模式 。当频 率为 时 ，非 线性扰 动会激 发 产生额 外模 式 ，
因此式（） ５ 并不完全正确。而 由
Ｈ ｊ
—
‘
Ｈ ｊ ｘ
０
：
Biblioteka Baidu
Ｅ ｘ Ｅ Ｅ Ｅ ｙＥ ｙ 、 Ｅｌ ）
摘要 ：针对现有太赫兹辐射源在输 出频率可调 性及输 出功率 方面的局 限性 。本文从 非线性介质 的 Ｍａ ｗ ｌ方程入 ｘ ｅｌ
手对 非线性 聚合物 的光 学性质进行理论分析 ，建立硅 波导配置的数 学模型 。利用硅材料 的高折射 率，设 计 了硅 太
赫兹波导。分析 了太赫兹 波导模式 图，讨论 了硅太赫兹波导模 式的有 效折射率 、波导损耗 、连续波输 出功率与输 出频率的关 系，实验 结果表 明：硅太赫兹波导产生的太赫兹波连续可调 ，输 出太赫兹 波频率 范围宽至 ０１Ｔ ｚ到 ． Ｈ
０ ｏ
Ｃ（） ｆ ， ）ｘ （ ｔ — ｏｔ ｉ （ ｙ ｅｐｉ ｚ ｉ ￣ ｚ ｘ ｌ ｆ ９）
实际 实现 时可 忽略 损耗 的影响 ，因此 ，波导 中的传播 波可 表示 为
ｌｆ （） ｅｉ－ｉｃ） ｅ一ｚ ｃ ，ｘ ｔｉ＋（ （）（，ｉ ， （）（ ｏ ，ｘｉ＋ （ ｐｚ９ ｚ ｐＺ ｚ ｌ ） ｆ
ｄｓｕ ｓｄ ｔｅｅｆｃｉｅｉｄ ｘ ｗａ ｅ ｕｄ ｏ ｓ ａ ｄｔ ｅｒ ｌｔ ｎ ｈｐ ｂ ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｕ — ｖ ’ ｏ ｔｕ ｏ ｒａ ｄ ｏ ｔｕ ｉｃ ｓｅ ｆ ｔ ｎ ｅ ， ｖ ｇ ｉｅｌｓ， ｎ ｈ ｅａｉ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ｃ ｎｉ ｏ ｓｗａ ｅＳ ｕｐ ｔ ｗｅ ｎ ｕ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｎ ｐ ｐ
０ ０ ０
（） ４
式 中 ：ＣＣ 前述 表达式 的 复共轭 项 。式 （） 开可得 到 系列的不 同谐波 分量 的方 程 。 ＇为 ４展 假设 和 为不 同频率 的两 光束 ，可通 过差 频的方 式产 生 Ｔ ｚ波 。设 为 此差频 ，可 得 Ｈ
Ｈ ３
．
—
ｋ
Ｅ Ｅ Ｊ
硅 太赫 兹波 导 配置 及 性 能分 析
李 明亮 ，， ｌｌ ，王 ａ２ ｂ 聪２
（ ．石家庄经济学院 ａ 河 北省光 电信息 与地球探测技术重点实验室 ； ｂ 信息 工程学院 ，石家庄 ０ ０ ３ ； １ ． ． ５ ０ １ ２ ．中国矿业大学（Ｌ ４ 京）机 电与信息 工程学院 ，北京 １０ ８ ） ００３
２ Ｓｈ ｏ Ｍｅｈ ｎｃｌ ｌ ｔ ｎｃ＆Ｉ ｏｍａｉｎ ｎ ｉｅｒ ．ｃ ｏ ｌｆ ｃａ ｉ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｔ ｇｎｅ． ｏ ａＥ ｃ ｏ ｆ ｏＥ Ｃ ｉａＵ ｉ ｒｉ Ｍｉｉｇ＆ Ｔｃｎ ｌｇ ， ｅ＇ｇ１０ ８ ， ｈｎ ｈｎ ｎｖ ｓｙｏ ｎｎ ｅ ｔｆ ｅｈ ｏｏ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ） ｙ ｊ ｉ
１ Ｈｚ ５ Ｔ ，输 出功 率 可 达 到微 瓦 级 。
关键词：硅波导；波导配置；数 学模型 ；性 能分析 中图分类号 ：Ｔ ２ ２ Ｎ ５ 文献标 志码 ：Ａ ｄ ｉ ０３ ６￣ｉ ｎ１０ —０ Ｘ． １． ． ８ ｏ ：１ ． ９ ．ｓ． ３５ １ ２ ２０ ０ ９ ｓ ０ ０ ６０
Ｃｏ ｆｇ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｎａｙ ｉ ｆｔ ｉｉｏ ｚＷ ａ ｇ ｉ ｎ ｕｒ ｔｏ ｎ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅＡ ｉ ｌ ｓｓｏ ｈｅＳ ｌｃ ｎ ＴＨ ｖｅ ｕ ｄｅ
ＬＩＭ ｉ １ａ ， ＇． Ｗ ＡＮ Ｇ ｎｇ．ｉ ｎｇ － Ｃｏｎ ｇ
，
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一
ｅｐｉ３ — ｏｔ＝ ２９ 一ｏ）ｘ （ ｘ— ｚｅｐ一ｃｔ ｌ ） ｚ × ｘ （ ｚ ｉ３ 一 ０（ｉ３ｅｐｉ Ｚ ）ｘ（ｉ３ｃ ｚｃ ） ｌ ｆ ９） ０ ９ ｌ ｆ ｏ） （ Ａ
，
ｚ Ｅ ＩＥ ｋ １ ｊ Ｏ Ｏ ０
式 中 ：Ｚ与模式 常数 有关 ，对于 线性物 质而 言 ，ｃ ｚ无关 。将式 （） 与 ２带入式 （） １得
ｚ Ｅ ｊ Ｅｋ
（ ３ ）
∑ａＣｚ （ ｆ
Ｚ，』ｔ ￣ Ｅ ｊ Ｅ ｅ （ｉｚ ｉ￣＋ ・＝ ｅ ｆ ￣ ｊ ｘ 一 ＋ｏ ） ＣＣ 一ｏ ｋ Ｅ ｐ Ａ ９ ｔ ８ ｚＥ
首 先 ，实现 了在 小 型高对 比折 射率 的脊 形波 导 中以较 低 损耗 引导 光学模 式 【。其 次 ，实验 获得标 准 非线性 ｌ Ｊ
收 稿 日期 ：２ １ ０ １ ；收到 修改稿 日期 ：２ １ — ３ ０ ０ 卜１ — ８ ０ ２０— ４
基 金项 目：中国科 技部 科技 人 员服务企 业行 动基 金（０ ９ Ｊ ０ ３） ２０ＧＡ ０５
ｒ ｑ ｅ ｃ ｆ ｓｌ ｏ ｅ ａ ｅ ｔ ｖ ｇ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ｈ ｘ ｅ ｉ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｉ ｃ ｎ ｔｒ ｈ ｒｚ ｗａ ｅ ｕ ｄ ｄ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｅ ａ ｅ ｔ ｅ ｅ ａｅ ｒ ｍ ｉ ｃ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｒ ｈ ｒｚ ｇ ｎ ｒ ｔ ｄ ｆ ｓ ｏ ｓｌ ｏ ｉ
４ ８
光 电工 程
２１ ０ ２年 ６月
度 ｒ 接 近 ５０ｐ Ｖ 的非线性 聚 合物Ｌ。这 些非线性 聚 合物具 有超高 速特 性 ，可用 于光 电调制 。若 选择 合 ３ ３ ０ ｍ／ ２ Ｊ 适 的硅太 赫兹 波导 设计方 案 ，再 结 合现有 的大 功率激 光技 术 ，可以产 生连 续的 太赫兹 波辐 射 。设 计 高性能 的硅太 赫 兹波导 ，获 得满 足需 求的 辐射源是 本研 究 的主要 任务 。
．
ｚ
．
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（ ６ ）
Ｅｊ ｘ Ｏ
如果给定频率的具有不同传播常数的两种模式正交 ， 则其任意子空间也正交ｐ 因此 ， 。 假定式（ 中的 ５ ） 模式集没有衰减 ，则可将整个表达式集成在 Ｘ 平面求解。将所有模式场归一化 ， 、 则对各模式而言， ６ 式（ ） 的值 为 １ ，式 （） ４的时 间平 均功率 为 １ 。假设 ，得 到 的时 间平均功 率等 于对 应的 （） Ｗ ｚ 的模 的 平方 。结合式
第３ 卷第６ ９ 期
２ １ 年 ６月 ０２
光 电工程
Ｏｐ ｏ Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｔ — ｅ ｔｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
Ｖ＿ －９ ＮＯ ６ ｏ ３ ． ． ｌ
Ｊ ｎｅ ２０１ ｕ ． ２
文章 编号 ：１ ０ — ０ Ｘ ２ １ ）６ ０ ４ — ６ ０ ３ ５ １ （０ ２０ — ０ ７ ０
０ 引 言
太 赫兹 载波 的性能 直接 决定 了太赫 兹无 线通 信 系统的信 噪 比 、动 态范 围及推 广 前景 。但 目前的 太赫兹
载 波源 在输 出频率 可调 性及 稳定 度 、输 出功 率 的可调 节范 围等 方面存 在局 限性 。
近 期 的几项研 究成 果使 采用硅 波导 产生 连续 可调 的 Ｔ ｚ波成 为 可能 ，为解 决上述 问题 提供 了突破 口。 Ｈ
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１ 硅波导配置算法
非 线 性介 质的 Ｍａｗｅ 方程 为 ｘ ｌ ｌ
［ －ｌ 学 ］ ｖＥ ｆ７ ｘ ＝ ７ Ｊ Ｆ
．
㈣
（） ２
式 中 ：ｉ 『 、ｊ 和 分 别表 示 ｘ 、Ｙ和 ｚ 向的 向量 。波 导用 ｚ 向连续传 播 的介 电函数表 示 。如介 电常数 在某 方 方 些位 置为 无穷 大 ，则其导 模 为
ｔｒｈ ｒ ｖ ｇ ｉｅｉ ｔｎ ｂ ｅｉ ｈ ａ ｇ ｆ ． Ｔ ｏ１ Ｈｚｃ ｎｉｕ ｕ ｌ ｔ ｏ ｍ ｅ ｅａ ｅ ａ ｄｉ ｕ ｕ ｏ ｒ ｅａ ｅｔ ｗａ ｅ ｕｄ ａ ｌ ｔｅｒｎ ｅｏ １ Ｈｚｔ Ｔ ｏ ｔ ｏ ｓｙａ ｏ ｔｍｐ ｒｔ ， ｓｏ ｔ ｔ ｗｅ ｚ ｓｕ ｎ ０ ５ ｎ ｒ ｕｒ ｎ ｔ ｐ ｐ
作 者简 介 ：幸明 亮（９６） １７．，男（ 族） 汉 ，河 北平 山人 。副 教授 ，博 士 ，博 士后 ，主 要研 究工 作是光 通信 及检 测技 术 。
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（） ５
Ｅ３
，
０
式 中 ： 和 等 表示 每种 模式对 应 的电场或 磁场 模式 。当频 率为 时 ，非 线性扰 动会激 发 产生额 外模 式 ，
因此式（） ５ 并不完全正确。而 由
Ｈ ｊ
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０
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Ｅ ｘ Ｅ Ｅ Ｅ ｙＥ ｙ 、 Ｅｌ ）
摘要 ：针对现有太赫兹辐射源在输 出频率可调 性及输 出功率 方面的局 限性 。本文从 非线性介质 的 Ｍａ ｗ ｌ方程入 ｘ ｅｌ
手对 非线性 聚合物 的光 学性质进行理论分析 ，建立硅 波导配置的数 学模型 。利用硅材料 的高折射 率，设 计 了硅 太
赫兹波导。分析 了太赫兹 波导模式 图，讨论 了硅太赫兹波导模 式的有 效折射率 、波导损耗 、连续波输 出功率与输 出频率的关 系，实验 结果表 明：硅太赫兹波导产生的太赫兹波连续可调 ，输 出太赫兹 波频率 范围宽至 ０１Ｔ ｚ到 ． Ｈ
０ ｏ
Ｃ（） ｆ ， ）ｘ （ ｔ — ｏｔ ｉ （ ｙ ｅｐｉ ｚ ｉ ￣ ｚ ｘ ｌ ｆ ９）
实际 实现 时可 忽略 损耗 的影响 ，因此 ，波导 中的传播 波可 表示 为
ｌｆ （） ｅｉ－ｉｃ） ｅ一ｚ ｃ ，ｘ ｔｉ＋（ （）（，ｉ ， （）（ ｏ ，ｘｉ＋ （ ｐｚ９ ｚ ｐＺ ｚ ｌ ） ｆ
ｄｓｕ ｓｄ ｔｅｅｆｃｉｅｉｄ ｘ ｗａ ｅ ｕｄ ｏ ｓ ａ ｄｔ ｅｒ ｌｔ ｎ ｈｐ ｂ ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｕ — ｖ ’ ｏ ｔｕ ｏ ｒａ ｄ ｏ ｔｕ ｉｃ ｓｅ ｆ ｔ ｎ ｅ ， ｖ ｇ ｉｅｌｓ， ｎ ｈ ｅａｉ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ｃ ｎｉ ｏ ｓｗａ ｅＳ ｕｐ ｔ ｗｅ ｎ ｕ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｎ ｐ ｐ
０ ０ ０
（） ４
式 中 ：ＣＣ 前述 表达式 的 复共轭 项 。式 （） 开可得 到 系列的不 同谐波 分量 的方 程 。 ＇为 ４展 假设 和 为不 同频率 的两 光束 ，可通 过差 频的方 式产 生 Ｔ ｚ波 。设 为 此差频 ，可 得 Ｈ
Ｈ ３
．
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