激波管等离子体中太赫兹波传输特性仿真与实验研究

研究了太赫兹波在透射波窗口封闭的激波管中的等离子体中的传输特性,获得了传输衰减量随等离子体电子密度、碰撞频率、透波窗口材料以及电磁波频率的变化规律,并比较了相同条件下毫米波的传输特性.利用激波管为实验平台模拟产生高速飞行器等离子体,开展了太赫兹波在等离子体中传输特性实验.结果表明,太赫兹波在相同电子密度和碰撞频率的等离子体中衰减量比毫米波小得多;随着等离子体碰撞频率的增加,太赫兹波传输衰减量先增加后减小,透波窗口增加了太赫兹波的传输衰减;随着窗口材料的介电常数增加,太赫兹波反射率增加,太赫兹波传输衰减曲线出现周期性振荡,振荡周期约5 GHz;太赫兹波通信可能作为一种解决再入飞行器黑障问题的有效技术途径.     

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.     

太赫兹过模传输线损耗研究

太赫兹波的频率较高,在波导传输中损耗较大。本文采用微扰法对太赫兹波在矩形波导和圆波导中传输时的损耗进行了理论分析,并对矩形波导与圆波导中不同频率,不同尺寸以及不同模式的衰减特性进行了比较,结果表明采用圆波导TEo。模传输可获得最小的衰减。     

太赫兹波在金属镀层空芯圆波导中的传输特性

文章理论分析了太赫兹波在金属镀层空芯圆波导中的传输特性.比较了在内直径为2mm的空芯圆波导中分别镀金、铅、镍不同金属时不同入射频率的太赫兹波的理论衰减常数,计算了镀不同金属而入射波波长一定的情况下波导中主模即最低模TE11模的衰减常数随波导内直径的变化情况.进一步研究表明Au,Ag,Cu均可作为空芯圆波导中优良的金属镀层以用于太赫兹波的低损耗传输.     

低损耗传输太赫兹波的Topas多孔纤维设计

以新型聚合物材料Topas环烯烃共聚物（COC）为基质,设计了一种能够低损耗传输太赫兹波的多孔纤维。应用全矢量有限元方法对传输特性的研究结果表明,该Topas多孔纤维在太赫兹波段具有宽带低损耗、低色散的特性:0.4~1.5 THz范围内的损耗小于0.2 cm-1;0.48~1.5 THz范围内的色散为1.80.3 psTHz-1cm-1。所设计的多孔纤维兼顾了结构简单、易于制备的特点。研究结论为Topas太赫兹波导的制备提供了理论指导。     

镀膜太赫兹聚合物管的传输特性研究

设计了一种具有良好传输特性的太赫兹聚合物管。利用HFSS仿真分析太赫兹聚合物管的传输特性,其S参数较为理想,传输损耗小且传输系数大于0.96。但是太赫兹聚合物管的场分布中存在仿表面等离子体现象,这会使太赫兹聚合物管的传输特性劣化。进而,采用三种不同的镀膜方式对太赫兹聚合物管镀金属膜,发现镀膜可以有效抑制太赫兹聚合物管场分布的仿表面等离子体现象,使场分布更均匀、更稳定。并且,对比这三种镀膜方式发现内壁镀膜时太赫兹聚合物管的传输特性最优,而内外镀膜时最差。因此,太赫兹聚合物管镀膜宜优先选用内壁镀膜,可以简化工艺和降低成本。     

环烯烃共聚物多孔太赫兹纤维的设计与特性模拟

太赫兹纤维波导是太赫兹系统中重要的组成元件。为了实现太赫兹辐射的低损耗低色散传输,设计了一种以环烯烃共聚物为基质的多孔太赫兹纤维,并利用基于全矢量有限元法的商业软件COMSOL 分析了该多孔太赫兹纤维的传输特性,着重考察了亚波长多孔纤芯的结构参数对传输特性的影响。结果表明,这种太赫兹纤维可以将模场能量很好地限制在亚波长多孔纤芯中传输,具有较小的有效模场面积、低的传输损耗和平坦近零色散等优良的传输特性;同时,通过增大多孔纤芯的占空比,可以将更多的模场能量限制在亚波长直径的空气孔洞中传输,并减小太赫兹纤维的有效模场面积和有效模式损耗,但同时会增大限制损耗和色散。     

环烯烃共聚物多孔太赫兹纤维的设计与特性模拟

太赫兹纤维波导是太赫兹系统中重要的组成元件。为了实现太赫兹辐射的低损耗低色散传输,设计了一种以环烯烃共聚物为基质的多孔太赫兹纤维,并利用基于全矢量有限元法的商业软件COMSOL分析了该多孔太赫兹纤维的传输特性,着重考察了亚波长多孔纤芯的结构参数对传输特性的影响。结果表明:这种太赫兹纤维可以将模场能量很好的限制在亚波长多孔纤芯中传输,具有较小的有效模场面积、低的传输损耗和平坦近零色散等优良的传输特性;同时,通过增大多孔纤芯的占空比,可以将更多的模场能量限制在亚波长直径的空气孔洞中传输,并减小太赫兹纤维的有效模场面积和有效模式损耗,但同时会增大限制损耗和色散。     

螺旋槽波导特性的计算与模拟研究

计算了螺旋槽波导的色散特性和群速度,用“准周期边界条件”方法和谐振法模拟计算了螺旋槽波导的色散特性,两种方法的模拟结果与计算都比较一致。此外,还模拟测试了渐变与规则螺旋槽波导连接的匹配性能、螺旋槽波导高频系统的传输特性。结果表明,螺旋槽波导是非常适用于回旋行波管的高频结构。     

双层金属环形阵列的太赫兹表面等离子体研究

研究了太赫兹波垂直通过具有周期性亚波长环形空气槽阵列的金属-介质-金属三层结构的透射谱特性,以及与表面等离子体谐振的关系。共振模式电场分布与色散曲线分别表明:表面等离子体具有束缚性,表面电磁波的传输机制与能量流动过程,透射谱的两个共振峰与传播性的表面等离子体模式、局域化的表面等离子体模式及其耦合有关。改变结构的几何参数,其共振峰变化趋势进一步印证了以上观点,并且空气环中激发的准波导效应也影响了太赫兹波的传输。     

太赫兹波导发展现状与展望

太赫兹波具有良好的穿透性、低能性和宽带性,在高速空间通信、环境监测、外差探测、医学探测、无损检测和国防安全等领域具有重要的应用前景。波导传输技术和功能器件是太赫兹系统不可或缺的重要组成部分,太赫兹波导的性能决定了太赫兹系统的信号传输效率和集成度,引起人们的研究兴趣。近年来,太赫兹波导的发展取得了长足的进步,从普通的金属空心波导到金属线波导、介质光纤,再到最近的人工表面等离激元波导、石墨烯、铌酸锂等新型波导,它们展现出了各自的优势,令人振奋。该综述全面介绍了太赫兹波导领域的发展及研究近况,并对其未来应用进行了展望。     

太赫兹宽谱聚合物波导及其传感应用

利用太赫兹时域光谱系统对三种反谐振波导的太赫兹谱进行了研究, 这三种波导分别是PMMA管型波导, PMMA自支撑结构波导和SiO2管型波导.该研究验证了三种波导的太赫兹传输基于反谐振理论, 并在实验上实现了PMMA自支撑结构波导超过2 THz的宽光谱传输.同时, 对基于反谐振原理的太赫兹物质传感进行了理论和实验分析, 为物质探测提供了一种可行的手段.     

低损耗太赫兹镀膜金属波导研究

在研究太赫兹波在镀膜二维平板金属波导传输时,损耗减小的机制和条件,发现只有TM 模式在大间隙的金属镀膜波导传播时,其损耗小于不镀膜的金属波导。利用射线光学方法分析波导尺寸、膜厚度以及膜折射率等参数对TM 模式损耗的影响,获得其损耗最低的优化结构参数。用转移矩阵理论对镀介质膜前后平板金属波导的损耗进行理论计算和分析,当介质为聚乙烯且厚度为0.06mm时,波导的损耗最小。所获结论对于太赫兹波导器件及太赫兹波低损耗波导研制具有较大的意义。     

太赫兹传输波导器件研究进展

随着太赫兹技术的发展,太赫兹传输波导器件的研究成为待解决的重要问题之一。太赫兹波位于微波与红外光之间,寻找高效的传输、耦合器件一直是研究人员的目标。主要介绍了太赫兹传输波导研究现状,并总结了各类型太赫兹波导的优势与不足。根据材料与结构分别对金属波导、介质波导的研究进展进行了分析。其中金属波导包括裸金属线波导、微结构波导、空芯波导以及平板波导,介质波导包括介质空芯波导、多孔芯波导以及微结构波导。最后分别对太赫兹传输波导未来需要解决的研究方向进行了展望。     

Investigation of Terahertz Wave Propagation Along Shielded Dielectric Multiple-Slot Waveguide

In this paper, a shielded dielectric multiple-slot waveguide is presented and demonstrated by theoretical calculation at terahertz frequencies. Some electromagnetic analysis of waveguide currently employed simplified intrinsic frequency dispersion models for the bulk conductivity of normal metals used in terahertz wave structures. This paper has compared various conductivity models for gold between 0.1-3 THz. The dielectric loss, conductor loss, total propagation loss with different conductivity models and E-field distribution has been obtained by numerically solving the complex eigenvalue equation for the propagation constant. The analysis results are in agreement with the assumption of R. Sun et al. and the experimental results obtained by H. Sun et al. The propagation loss deviation between various models is less than 3% at 0.2-0.5 THz. Comparisons with other slot waveguides are also given. The analysis results show that the proposed line has lower propagation attenuation than other slot waveguides.     

PMMA脊形光波导的设计与场分析

利用有效折射率法（EIM）理论设计了有机聚合物脊形光波导结构,并分析光波导中传输的模式场,确定出光波导结构的适宜尺寸范围。光波导结构中分别选用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）与PDMS（聚二甲基硅氧烷）作为波导层与包层的材料,用光漂白法来实现脊形波导结构。首先利用EIM法分析脊形波导区的宽度与高度之间的关系对归一化色散曲线的影响,以及波导层与包层的折射率匹配的影响,然后又通过分析波导区传输的基模场来讨论传输的损耗问题。研究发现波导结构的脊宽与脊高之比w／d越大,其有效折射率neff越大,而此结构尺寸又需约束在一定范围内,否则将造成很大的传输损耗。     

3D-Printed Broadband Dielectric Tube Terahertz Waveguide with Anti-Reflection Structure

We demonstrate broadband, low loss, and close-to-zero dispersion guidance of terahertz (THz) radiation in a dielectric tube with an anti-reflection structure (AR-tube waveguide) in the frequency range from 0.2 to 1.0 THz. The anti-reflection structure (ARS) consists of close-packed cones in a hexagonal lattice arranged on the outer surface of the tube cladding. The feature size of the ARS is in the order of the wavelength between 0.2 and 1.0 THz. The waveguides are fabricated with the versatile and cost efficient 3D-printing method. Terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) measurements as well as 3D finite-difference time-domain simulations (FDTD) are performed to extensively characterize the AR-tube waveguides. Spectrograms, attenuation spectra, effective phase refractive indices, and the group-velocity dispersion parameters β ₂ of the AR-tube waveguides are presented. Both the experimental and numerical results confirm the extended bandwidth and smaller group-velocity dispersion of the AR-tube waveguide compared to a low loss plain dielectric tube THz waveguide. The AR-tube waveguide prototypes show an attenuation spectrum close to the theoretical limit given by the infinite cladding tube waveguide.     

Network analyses for transmission characteristics of several kinds of curve-shaped groove waveguides

In this paper, the several kinds of the novel curve-shaped groove guides including the whole elliptic-, whole cosine- and hyperbolic-groove guides as the new millimeter wave transmission lines are presented. The dispersion, cut-off and band characteristics of the dominant mode for the several kinds of the curve-shaped groove guides are analysed by using the equivalent network method with transverse resonance. The obtained results have important values in their theoretical studies and actual applications of the curve-shaped groove waveguides.     

Transmission characteristics of several kinds of closed groove waveguides for millimeter waves

An advantage of closed groove guide over open groove guide is attended. In this paper, the several kinds of closed groove guides including the trapezoidal-, elliptic- and parabolic-groove guides as new types of millimeter wave transmission lines are presented. Their dispersion and cut-off characteristics of the dominant mode are analysed and compared with ones of the closed V-and circular- groove guides by using the equivalent network method. The obtained results have important meaning in theoretical studies and actual applications of groove waveguides.     

Transverse scattering matrix formulation for a class of waveguideeigenvalue problems

Based on the mode-matching procedure, a unified transverse scattering matrix formulation is presented for the characterization of a class of waveguide eigenvalue problems, which include not only closed but also open structures. As examples, calculations are carried out on the dispersion characteristics of ridged waveguides and their variations, nonradiative dielectric (NRD) waveguides, groove guides, microstrip lines, finlines and coplanar waveguides. Comparisons with published data are made and verify the versatility and accuracy of the method. Besides its generality, this approach is also superior to some other techniques in simplicity and numerical efficiency