太赫兹波在有限电导率金属空芯波导中的传输特性

研究了太赫兹波在具有有限电导率的金属镀层空芯波导中的传输特性.从其传输的特性方程出发，利用Newton-Raphson迭代方法数值模拟了传输损耗和相位常数随太赫兹波频率、波导内径以及波导中金属镀层的电导率的变化关系.结果表明，采用大芯径波导和高电导率的金属镀层能有效降低太赫兹波的传输损耗. 关键词： 太赫兹波 空芯波导 特征方程     

大口径柔性介质金属膜太赫兹波导的制作与特性

基于介质/金属膜结构空芯波导的原理,制作了用于太赫兹波传输的大口径柔性介质/金属膜波导。针对大口径的特点,设计改良了液相镀膜法并制作了具有不同介质膜厚的柔韧波导。对制作波导的介质膜厚和损耗谱等进行了理论分析和实验验证。采用发射频率为2.5 THz的量子级联激光器,对介质/金属膜结构太赫兹空芯波导的传输损耗、弯曲附加损耗以及光斑能量分布特性等进行了实验研究。结果表明,传输损耗及弯曲附加损耗均随介质膜厚的增加而减小,光斑能量则随介质膜厚的增加更加集中于低阶传输模式。     

介质/金属结构太赫兹空芯光纤的传输特性

理论分析了金属、介质/金属结构空芯光纤在THz波段的模式结构和传输特性.金属空芯光纤支持TE11模式,介质/金属空芯光纤的介质膜厚在取最优值时支持HE11模式.对于波长为200μm的太赫兹波,内径为1 mm的两种空芯光纤,TE11和HE11模式的损耗分别为8.4 dB/m和2 dB/m.为优化介质/金属结构宅芯光纤的传输性能,分析了金属和介质材料的光学常数对衰减系数的影响.基于几种已发表的金属在太赫兹波段的光学常数,计算结果表明铝是最好的选择;初步测量结果显示,在各种树脂材料中聚乙烯在THz波段吸收较小,并且其折射率接近介质膜的最优值1.41,为太赫兹波空芯光纤中介质膜材料的理想选择.     

部分负曲率太赫兹空芯波导研究

提出了一种新型部分负曲率反谐振空芯太赫兹波导,波导包层包括两部分,一部分由介质圆管组成,为纤芯提供部分负曲率边界;另一部分由多个矩形介质层组成,多介质层可用来降低限制损耗.此波导结构在增加反谐振层的同时不引入新的包层节点,易于实现太赫兹波的宽带低损耗传输.采用全矢量有限元法对波导进行了数值仿真,研究了其宽带低损耗特性.基于此,利用3D打印技术制备了所设计波导,使用太赫兹时域光谱系统对其传输特性进行测试.实验结果表明,该负曲率太赫兹波导在0.29～0.42THz的传输损耗低于10dB/m,与数值仿真结果吻合较好.     

THz波段渐变波导中的多模传输特性

 根据耦合波理论，推导出轴对称渐变波导中, 考虑波导壁损耗时的多模传输时域耦合波方程组，并给出该方程组中各模式间耦合系数的具体表达式。据此编写了渐变波导中多模传输特性数值模拟程序。利用该程序计算了在THz波段圆波导中的模式衰减，在THz波段研究波导中的多模传输特性时，必须考虑波导壁的阻抗损耗影响。数值分析了直波导中的模式耦合问题，从而证实了波导壁有限电导率能产生模式耦合这一耦合机制。介绍了利用该程序数值分析波导耦合器和过渡器中多模传输特性的两个例子，利用该程序可对波导耦合器和过渡器中的多模传输特性进行数值模拟分析，进而对结构进行设计和优化。     

太赫兹折叠波导慢波结构S参数特性

理论上分析了计算周期数对0.22 THz折叠波导慢波结构S参数的影响,讨论了折叠波导慢波结构各个尺寸参数对损耗特性的影响,研究了粗糙度与损耗特性之间的关系。通过实验验证了0.22 THz标准矩形直波导的损耗特性。对实际加工的0.22 THz折叠波导慢波结构进行了测试,得到了实际的太赫兹波折叠波导慢波结构传输与损耗特性。     

THz波段介质涂敷空芯金属圆波导的传输特性

针对THz波段介质涂敷空芯金属圆波导传输特性的精确分析问题,基于波导中场方程及边界条件建立关于传播常数的特征方程,并且采用改进的Muller法求解特征方程得到涂敷圆波导主模HE11模的传播常数。计算中对THz波段的非理想导体电导率采用经典弛豫效应模型。仿真结果表明:内径为1.8 mm的银波导,当聚苯乙烯涂敷层厚度为17 m时,HE11模在1.5~3.0 THz的衰减常数在1 dB/m以下,且具有较好的色散特性;内径为2.2 mm的银波导,在2.5 THz时其衰减常数随涂敷层厚度的增加先增大后减小,且存在最佳介质涂敷层厚度,可实现THz波低损耗传输。     

345 GHz微折叠波导慢波结构的粗糙度和加工垂直度

通过理论和数值模拟方法,考虑金属粗糙度的情况下,研究了加工垂直度公差角在0~6°范围内变化时折叠波导慢波结构的工作性能,结果表明:金属波导表面的粗糙度增大时,慢波结构中电磁信号的传输损耗增大;垂直度公差角的增大也使得电磁信号的传输损耗增加,而且垂直度公差角所引起的结构变化会引起器件的电压工作点漂移、带宽降低等。     

宽带空芯THz单模单偏振光纤

传统的THz单模单偏振光纤大部分都是基于实芯光纤设计的，增加了THz波的传输损耗。最近几年，也有一些关于空芯THz单模单偏振光纤的报道。但是，他们的带宽太窄，往往只能在单一频率附近工作，影响了单偏振器件在THz范围内的使用价值和技术优势。为了解决这些问题，设计了一种新颖结构的空芯THz单模单偏振器件。它拥有超过0.1 THz的带宽，工作频率范围从1.63 THz到1.73 THz。这种器件对于THz通信网络的建设和应用具有重要意义。     

非对称金属包覆左手介质平板波导的微扰分析

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性,给出了该波导的复有效折射率的一级近似解,并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明:非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式;TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小,损耗系数随波导厚度的增加快速增加,达到最大值后又迅速减小;非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变,TM1模,TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象;特别在二阶及高阶模式中,TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性,而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.     

介质镀膜空芯光纤在THz频段的传输特性

 理论分析了介质镀膜空芯光纤在THz频段的传输特性，得出了该光纤的特征方程及模式分布。利用射线光学原理计算了介质膜材料为聚酰亚胺、介质膜厚度为0.05 mm的光纤的衰减常数随介质膜内直径的变化情况。得出其主模在THz频段的衰减常数小于1 dB/m，该值远小于相同内径的金属圆波导在这一频段的衰减常数。模拟计算了介质膜厚度为0.05 mm、内径为1 mm，金属膜内径为1.05 mm的介质镀膜空芯光纤在0~1 THz的S参数，模拟结果显示该光纤在THz频段有很宽的通带，且在通带内衰减常数小于0.5 dB/m，可用于THz频段电磁波远距离传输。     

Anomalous transmission of terahertz wave through one-dimensional lamellar metallic grating

The anomalous transmission through one-dimensional lamellar metallic gratings was investigated in terahertz (THz) regime. The extraordinary optical transmission (EOT) is identified to originate from two possible ways: coupling of incident light with waveguide resonances and coupling of surface plasmon polaritons (SPPs) at the upper and lower interfaces of metal grating. The dual effects of SPPs have been clarified in this study: (i) the excitation of SPP modes at each individual interface results in the weakness of the THz wave transmission; and (ii) the coupling of SPP modes at two interfaces of metal grating is attributed to enhancement of THz wave transmission. The enhanced transmission is dominated by the coupling of incident light with transverse waveguide resonances. Numerical simulation based on finite-difference time-domain (FDTD) agrees well with experimental results.     

Investigation of THz Sommerfeld wave propagation on single-wire at different temperature

In this paper, THz Sommerfeld wave propagation on dielectrically coated cylindrical metal wire and conical metal wire is presented. The propagation characteristics of single wire are largely related to the characteristics of material being used, which may change significantly with the temperature variation. Then, the surface wave propagation along the THz wire waveguide is investigated by the numerical calculation from 0.1 to 1 THz at different temperature. The influences of different conductivity and different temperature on the propagation characteristics of the dielectrically coated cylindrical metal wire and conical metal wire are discussed, including electric field distribution, propagation loss and energy coupling characteristic. The analysis results release a fundamental characteristic for describing the THz surface wave propagation on single wire at different temperature, and moreover, the analysis results also suggest that the single wire is a promising THz waveguide and very useful for the space sensing at cryogenic temperature in future.     

2.5THz环烯烃聚合物中空芯光子晶体光纤设计与实验

采用全矢量有限元法,仿真设计了一种工作在2.5THz频段的中空芯太赫兹光子晶体光纤,用环烯烃聚合物材料(COC)制备了光纤样品,利用CO2激光泵浦气体太赫兹源搭建了测试平台并对光纤的太赫兹波传输性能进行了测试。实测光纤最低损耗0.17dB/cm、平均损耗约0.5dB/cm,在弯曲90°情况下光纤传输损耗波动小于5%,具有良好的可弯曲性;光纤输出端口的模场分布测试结果表明,光纤是以主模进行传输,太赫兹能量很好地被束缚在光纤芯中。     

0.22 THz折叠波导行波管初步实验研究

探索性试验了多种微加工技术加工设计频率0.22 THz的折叠波导慢波结构,最终选择了微铣削工艺进行加工,并测试了微铣削工艺加工的WR4标准直波导的损耗特性,得到了0.22 THz电磁波在无氧铜中传播时材料的相对电导率约为3.2107 S/m。以此为基础设计和制得了国内第一支0.22 THz折叠波导行波管,经过测试和标定得到输出功率大于100 mW,带宽3.5 GHz的初步实验结果。