新型太赫茲波導研究.pdf

1、太赫茲（THz）電磁波在超快過程探測、材料表征、環(huán)境檢測、物體成像、醫(yī)療診斷、高速光電子器件、寬帶移動通信等領域具有廣闊的應用前景。目前由于缺乏低損耗、低色散的波導而使其應用受到很大的限制。因此，研究與開發(fā)高性能傳輸太赫茲波的波導對推動太赫茲的應用具有重要的意義。 本文著重分析了太赫茲金屬空芯波導和金屬鍍層空芯波導的傳輸特性，討論了影響傳輸特性的因素，并對波導結構進行改進，提出了介質/金屬空芯波導結構，為進一步提高太赫茲空芯波導

2、的傳輸特性提出參考。 首先，通過空芯波導傳輸理論對太赫茲金屬空芯波導進行分析，討論了金屬空芯波導的導光機理和模式損耗。THz空芯波導的低階傳輸模式主要為TE11、TM01和TE21模，其中TE11模的截止波長是最長的，因而是圓波導中的最低階模式，即主模。TM01模是最低的圓對稱模式。 其次，詳細闡述高頻電磁場有限元數(shù)值分析方法，介紹了Ansoft HFSS電磁場仿真軟件。使用HFSS精確求解太赫茲金屬空芯波導的模場分布、

3、傳輸損耗與色散，并與理論值進行對比，證明了研究手段的可行性，為研究太赫茲波導提出一種有效的新方法。 再次，討論了金屬鍍層空芯波導的傳輸特性與結構設計。通過仿真討論了波導芯徑、鍍層金屬種類、鍍層厚度和彎曲對傳輸特性的影響，確定了金屬鍍層空芯波導的最佳結構參數(shù)，即在內半徑為1mm，銀膜的鍍層厚度大于0．1μm時，該結構的主模-TE11模的衰減系數(shù)在0．5THz以下小于2dB/m，色散小于1．7ps/THz/cm，能夠將太赫茲波的傳輸

4、距離量級提高至米級。 論文的最后，對金屬鍍層空芯波導的結構進行改進，通過內鍍介質膜進一步減小損耗和色散，討論了不同材料的電介質層對傳輸性能的影響，設計出了介質/金屬空芯波導合適的波導結構。當選擇聚乙烯（PE）作為介質層，鍍膜厚度為13μm時，金屬層為0．1μm的銀膜時，主模TE11模的傳輸損耗最小降至0．41dB/m。該結構的群速度色散與鍍銀空芯波導基本相同。本文對材料的選擇和膜厚的確定提出了明確的方法，為進一步提高波導性能打下