太赫兹波段光子晶体及异向介质特性研究.pdf

分类号密级

UDC 注 1
学位论文
太赫兹波段光子晶体及异向介质特性研究
(题名和副题名)

查杰
(作者姓名)

指导教师姓名钟智勇教授
电子科技大学成都
(职务、职称、学位、单位名称及地址)

申请学位级别硕士专业名称材料物理与化学
论文提交日期 论文答辩日期
学位授予单位和日期电子科技大学
答辩委员会主席
评阅人

2009 年 4 月日


注 1:注明《国际十进分类法 UDC》的类号
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作
及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方
外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为
获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与
我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的
说明并表示谢意。

签名: 日期: 年月日

关于论文使用授权的说明
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文
的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,
允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全
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(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)

签名: 导师签名:
日期: 年月日
2
摘要
摘要
太赫兹辐射(THz)通常是指频率在 ~10THz(1THz=1012Hz,波长在
30um~3mm)之间的电磁波,其在电磁波谱的位置位于微波与红外光之间,属于远
红外波段。长期以来,由于缺乏有效的 THz 辐射产生和检测方法,人们对于该波
段电磁辐射性质了解非常有限。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后
一个频率范围。近几十年来,随着超快激光技术的迅速发展,为 THz 脉冲的产生
提供了稳定、可靠的激发光源,使得 THz 辐射的产生机理、检测技术和应用技术
得到了蓬勃发展。
本论文利用本课题组在材料方面的优势以及利用本校物理电子学院太赫兹研
究中心的太赫兹时域光谱测试系统,对材料在太赫兹波段参数的提取,太赫兹波
段光子晶体的计算以及太赫兹波段异向介质的仿真设计做了大量的研究工作。
首先我们主要围绕着太赫兹波段测试方法及材料光学参数的提取问题进行研
究。研究工作主要包括:(1)系统结介绍了太赫兹时域光谱测试系统光路及测试
方法。(2) 和 LDuvillaret 等人[30-32]太赫兹波段数据处理模型的基础上
分析透射型 THz 光谱,从而提取材料学常数的原理及方法。并用 Matlab 自编译程
序处理测试数据,同时我们改进了提取材料在太赫兹波段参数的方法,使参数可
靠性进一步提高。而且我们通过实际测试实验,并总结了实验过程中注意的问题。
(3)我们对多种材料进行测试分析得到其在太赫兹波段的光学常数同时验证了数
据处理方法的正确性。
其次我们从理论和实验结合研究了太赫兹波段光子晶体带隙结构(Photonic
Bandgap,简称 PBG)。(1)我们用平面波展开法对二维正方晶格和三角晶格光子
晶体的带隙结构进行了计算,得到了两种光子晶体在太赫兹波段的带隙结构随着
填充比变化的规律,且讨论了两种光子晶体带隙结构差异的原因。(2)由于国内
很少实际加工太赫兹波段光子晶体,因此我们设计了立方晶格光子晶体的光刻掩
膜板,然后进行光刻实验得到二维光子晶体,并进行测试分析。
最后,针对应用于太赫兹滤波器和调制器的基于 SRR 结构的异向介质展开研
究。利用仿真软件,在结合场分析,详尽分析了 SRR 结构中四个重要结构参数在
传输线模型中的作用和最终对透射率的影响。然后选择了两种典型的 SRR 结构(方
形 SRR 和圆形 SRR)进行了实验验证,得出结论:实验与仿真得到的透射率在 LC 共
I
摘要
振峰处吻合较好,但由于实验时引入的误差,使得 Dipole 共振峰处的偏差较大,
这对我们下一步进行太赫兹波段器件的制作有重要的指导意义。
关键词:太赫兹(THz),时域光谱,光子晶体,异向介质
II
ABSTRACT
ABSTRACT
The terahertz (1012Hz) radiation occupies a large portion of the ic
spectrum. Due to the lacking of exploration, there wa