新型太赫兹光子晶体OAM光纤设计

太赫兹通信兼具微波通信和光波通信的优势,是解决通信容量紧缺难题的最有效技术手段之一。针对太赫兹波段吸收损耗严重及抗外在扰动差,难以支持长距传输问题,设计了一种基于环形光子晶体光纤(PCF)结构的新型太赫兹光纤。以现有常见材料作为光纤基底材质,通过创新光纤结构中空气孔排布方式,抵消材料高吸收损耗,以支持高性能轨道角动量(OAM)模式传输。选择最优参数,实现6个OAM模式群的高模式质量、低限制损耗和宽带宽的稳定传输。在0.2~0.9 THz宽波段内,实现模式纯度超过88.9%,限制损耗小于10^-7 dB/m。通过软件仿真实验设计,解决了太赫兹与OAM技术相结合的关键问题,为模分复用(MDM)技术在太赫兹通信系统的应用奠定了理论研究基础。     

光子晶体光纤及其在太赫兹波段的应用

太赫兹(Terahertz, THz)技术作为一项非常重要的交叉前沿学科,给环境检测、生物医学、空间通信等领域带来了深远的影响,但因为THz波导传输性能的影响,THz技术综合发展仍然受到一定限制。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)作为一种新型THz波导,拥有无限单模特性、色散灵活可调、可控的非线性、高双折射等特性,极大的促进了THz技术的发展。首先根据PCF的结构特点总结了实芯PCF(Solid Core PCF, SC-PCF)和空芯PCF(Hollow Core PCF, HC-PCF)各自的发展历程、导光机理和光学特性;其次,梳理了用于THz波导的PCF存在的问题以及对应的解决方法;然后,着重介绍了PCF在THz时域光谱、THz传输与通信以及THz光纤耦合传感中的应用;最后,对PCF在THz技术的应用做了总结与展望。     

基于光子晶体的太赫兹微带贴片天线的设计

本文设计了一个以二维光子晶体为基底用于太赫兹无线通信的微带贴片天线（0.4-0.6Thz）。太赫兹波介于微 波和光频之间,占有很大的带宽,随着人们对通信质量的要求越来越高,太赫兹通信将成为必然趋势。用二维光子晶 体做基底,有抑制表面波,提高天线的方向性,增益和效率等特性。文章中设计的天线的带宽,增益和方向性分别达 到了31.7%,6.7DB 和8.5DBi,为未来短距离无线通信和太赫兹空间通信提供了参考。本文选用了CST 仿真软件。     

环烯烃聚合物太赫兹光子晶体光纤设计与制造

为降低传输损耗,在太赫兹波段采用具有低吸收损耗的环烯烃共聚物作为基质材料,设计了一种太赫兹光子晶体光纤。通过全矢量有限元法模拟仿真,对光子晶体光纤的损耗和频率的关系进行了分析计算。结果表明,这种光纤在太赫兹频段具有良好的传输特性,大大优于传统的金属波导,且该类型光纤还具备良好的弯曲性能,在太赫兹频段具有重要应用价值。     

基于二维光子晶体的多频段太赫兹波滤波器研究

基于二维光子晶体,提出一种多频段 太赫兹(THz)波滤波器。在光子晶体中引入3条平行的横向波导,通过改变介质柱的半 径或插入半径较小的介质柱在 相邻波导之间构成耦合区域,使特定频率的THz波从中部波导耦合至上、下侧光子晶体波 导并分别从端口2和1输出, 其余的THz波经中部波导从端口3输出,最终达到多频段滤波的效果。利用时域有限差 分法和平面波展开法对所提出 的器件计算和仿真结果显示,频率为f=3.24和3.75THz的THz波分 别从端口1、2和3输出中,传输效率分 别达到95%和99% ,表明本文结构能很好实现多频段滤波效果。     

太赫兹频域层状一维光子晶体光纤结构研究

文章采用传输矩阵法对太赫兹频域层状一维光子晶体光纤(PCF)的设计方法进行了理论研究,提出了As<,2>Se<,3>和Teflon材料体系的一堆PCF结构的设计方法.研究表明:层状一堆PCF传输中心频率为1 THz波时最佳光子带隙材料匹配如下:As<,2>Se<,3>高折射率材料层的厚度为168.3 μm,Telfon...     

太赫兹光子晶体光纤与天线设计

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料为基质,设计了一种空芯多孔包层结构的太赫兹光纤,中心的大孔缺陷用于传输太赫兹波,周围四层小孔可以将太赫兹波的传播限制在缺陷内部。利用COMSOL软件对光纤的损耗特性进行仿真分析发现,光纤在0.6 THz的泄露损耗低于0.1 dB/m,具有良好的传输特性。和金属波导口可以当作天线辐射电磁波的原理相似,光纤的端面也可以作为天线将内部传输的太赫兹波向外辐射,通过仿真分析,天线在0.59~0.61 THz的回波损耗低于-25 dB,方向性系数大于20 dB,半功率波束宽度约为13。     

掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导色散特性研究

文章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(含周期性排列的三角格子型空气孔),芯层为有机材料聚四氟乙烯.采用时域有限差分(FDTD)法仿真得到色散特性曲线.研究结果表明,该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.     

锥台型光子晶体在太赫兹波段的透射特性

设计一种工作于太赫兹波段的锥台型光子晶体,利用CST软件研究了光子晶体的禁带特性。通过在0.3~1 THz范围内进行模拟仿真得出,锥台型光子晶体存在光子禁带。与普通的圆柱形光子晶体进行了对比,并对不同的参数进行仿真发现:禁带范围会随着参数的改变而整体移动,其中取锥台顶部半径0.05~0.1 mm间隔0.01 mm,发现随着锥台顶部圆的半径的减小,禁带向高频方向移动。取晶格常数0.2~0.3 mm间隔0.05 mm发现随着晶格常数的增大会使禁带向低频方向移动。研究结果为太赫兹光子晶体波导研究提供理论依据。     

二氧化钛光子晶体波导的太赫兹波传输特性

本文应用时域有限差分法研究了二维二氧化钛光 子晶体波导的禁带范围和太赫兹波的 传输特性,分别设计了带隙宽度为0.226 THz 、0.2728 THz和0.316 THz的直线型、直角型和T 型二氧化钛光子晶体波导结构。研究发现,相比传统波导,本文设计的二维二氧化钛光子晶 体波导不仅在直线路径中有较高的太赫兹波传输效率,而且在转角的路径中也有很高的太赫 兹波传输效率。此研究结果为太赫兹器件的设计和制作提供重要理论依据,为高速宽带无线 通信系统的发展提供重要理论借鉴。     

0.2 THz频段的光子晶体微带天线研究

将缺陷型一维光子晶体应用在微带天线上,设计了一款工作在0.2 THz 频段处的光子晶体微带天线,并且利用基于有限元法的三维电磁仿真软件 HFSS 以及软件 Origin 进行模拟仿真及作图。研究表明：光子晶体微带天线的增益可以达到9.3 dB,与普通微带天线相比增益增加了2.5 dB。并且讨论了光子晶体的周期层数对微带天线的影响,发现光子晶体周期层数为3层时,天线的回波损耗最低。然后以周期层数为3层的光子晶体微带天线为例,讨论了不同的光子晶体与微带天线的距离对天线的增益和回波损耗的影响。     

光子晶体齿状波导的滤波特性研究

为了设计基于光子晶体波导的高性能滤波器件,在2维正方格子光子晶体波导结构中引入一系列齿状缺陷,采用有限元法对齿状光子晶体波导的传输特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,对于单个齿状缺陷,缺陷产生的共振频率使得在光子晶体波导通频域带出现带隙结构,可以实现良好的窄带滤波,并且通过改变齿状缺陷深度可以有效地控制缺陷的共振频率;引入多个齿状缺陷,缺陷之间会经过耦合作用形成一系列缺陷态,使得在光子晶体波导导通频域中出现宽带的带隙结构,可以实现宽带滤波。该光子晶体波导滤波器对窄/宽带滤波可根据波导结构中引入的齿状缺陷进行简单灵活调节。此研究在设计基于光子晶体波导的光子滤波器件方面具有潜在的应用价值。     

布里渊光子晶体光纤环形移频器

通过实验研究了一种光子晶体光纤环形移频器,该移频器基于布里渊频移原理,利用光子晶体光纤布里渊增益高、阈值低的特点,同时利用光纤环形腔选频放大技术获得窄线宽高增益激光输出。实验结果表明:在波长为1 548 nm单纵模光纤激光泵浦下,10 m长光子晶体光纤的受激布里渊散射阈值功率约为457mW,环形腔输出的受激布里渊散射Stokes光相对于入射光移频量为9.778GHz、线宽500 kHz,并且移频量可以通过温度进行微调。该移频器可以用于分布式光纤布里渊传感器和微波发生器。     

Ferromagnetic resonance isolator based on a photonic crystal structure with terahertz vortices

Photonic Network Communications - A new terahertz isolator based on the ferromagnetic resonance effect is suggested and analyzed. A two-dimensional photonic crystal consisting of a square lattice...     

基于光子晶体缺陷模频移的超快光控太赫兹波调制器

本文设计了一种基于非线性光子晶体缺陷模频移实现太赫兹(terahertz, THz)波传输阻断的超快光控调制器,该调制器采用在硅基空气柱光子晶体中引入线缺陷和填充砷化镓材料的点缺陷结构,线缺陷形成波导区,传输频率位于光子带隙范围内的THz波,点缺陷作为谐振腔对THz波选频,与谐振频率(缺陷模频率)相同的THz波在谐振腔中发生谐振,耦合到波导中输出。无光激发时,位于线缺陷光子带隙内的1.65 THz缺陷模频率在谐振腔中发生谐振,从波导的另一端输出,调制器处于“通”状态。当中心波长为810 nm、光密度为0.4μJ/cm²的抽运光激发时,砷化镓的折射率由3.55变为3.55-i2.55,使缺陷模频移,在亚纳秒超快时间内实现对1.65 THz入射波的传输阻断。结果表明,该调制器的调制速率为2.3 GHz,消光比为20.3 dB,插入损耗为0.18 dB,具有调制速率高、消光比大、插入损耗小等优点,为其在高速THz波通信系统中的应用提供重要的理论依据。     

含超材料AZO/ZnO光子晶体近红外滤波特性的研究

基于电磁波的传输矩阵理论,对一维光子晶体在近 红外波段0.85－2.30 μm滤波特性进行了分析研究。由MoS₂和半导体超材料AZO/ZnO构成(AB)N型光子晶体,其中AZO/Zn O是掺铝氧化锌层和氧化锌层交替形成的具有人 工周期结构的各项异性材料,在部分近红外波段具有负的折射率。数值分析表明:此结构光 子晶体在0.85－2.30 μm波 段具有四个光子通带;带隙随B层中填充因子h的增大发生蓝移;光子晶体透射 峰的数量由光子晶体周期N决定, 即周期为N时,每个通带透射峰的数量为N－1;通过改变膜层厚 度能实现对透射波长的调控,如增加A层或B层厚 度,透射波中心波长发生红移;而光波入射角度的增加将使透射波中心波长发生蓝移。由超 材料AZO/ZnO构成的光 子晶体的滤波特性为光通信波段多通道可调谐高性能滤波器的设计提供理论参考。