太赫兹时域谱对液体材料的研究暨太赫兹液芯介质波导

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1、毕业论文题目：盘盐垄吐垡迸壁逵签盐盘鲍塑塞暨态叠茎逵堇企厦迭昱垫壁堑鱼垡达垫盔专业2QQ主级博士生姓名：周重指导教师(姓名、职称)：盗堡堡(整撞2摘要太赫兹(THz)技术在很多领域具有巨大的应用前景，目前世界上很多国家和地区，包括美国、日本、欧洲以及中国都将太赫兹技术选定为21世纪重点研发的科学技术。随着太赫兹技术的发展，太赫兹传输方式的研究越来越受到广泛的关注，成为太赫兹科学发展中的关键技术之一。国内外已有多个研究小组开展了这方面的研究工作，提出了各种结构的太赫兹传输线如：圆波导和矩形波导、塑料带、蓝宝石光纤、光子晶体光纤、平行板波

2、导、金属导线、亚毫米同轴线等等。本工作中，采用太赫兹时域谱(TDS)的方法，研究了多种液体材料在太赫兹波段的介电特性，提出了一种新型的低损耗太赫兹传输线一一液芯介质波导。首先，从太赫兹波在样品界面的反射、透射的基本模型出发，对于液体的介电特性参数的计算公式进行了比较全面的推导，得到了比前人更为合理、精确的复折射率的表达式。同时对求解折射率、消光系数(吸收率)方法进行了讨论。在低损耗样品条件下，表达式得到大大简化，可以得到解析表达式；在高损耗条件下，求解一个二元非线形方程组，采用牛顿迭代法进行数值计算。对多种非极性有机溶剂，在0．2到2

3、．5GHz围内进行了太赫兹时域谱测量，采用我们推导出的计算公式和算法对测量数据进行计算，得到了液体材料的吸收系数和折射率。将测量的数据与文献中微波波段与红外波段的数据比较，折射率大小相当，这表明我们推出的计算公式与计算方法是正确的。提出了一种液芯介质波导结构来进行太赫兹波的传输，针对这种双层圆介质的传输机制、传输模式、传输损耗等进行了全面的分析。根据对多种液体材料吸收系数和折射率的测量结果，发现液体石蜡折射率在太赫兹波段(0．2．2．5THz)折射率为1．462．1．468，这种材料性能稳定、价格低廉，因此选用液体石蜡作为芯J燃J7J

4、llll26JJllllJl／1111111攀层介质，同时用该波段折射率为1．42左右的聚四氟乙烯作为包层介质。采用液体石蜡与聚四氟乙烯制备出液芯介质波导样品，分析了制备工作中影响液芯介质波导传输性能的各类因素，并在0．1THz的频率条件下测量了传输特性。液芯介质波导样品在O．1太赫兹频率下的吸收系数为0．055dB／cm(0．013／cm)，这与普通的金属波导的理论值相当。对不同的弯曲度的液芯介质波导也进行了测量，测量结果表明当平均曲率达到0．028cm"1，液芯介质波导的传输性能基本不受影响，这与理论计算结果相符(曲率≤O．068

5、cm。1时，不会影响液芯介质波导的传输性能)。本研究工作表明，双层圆液芯介质波导的结构，在传输太赫兹波时呈现出很好的传输效果。如果进一步提高材料的纯度和制作工艺精度，传输特性将会大幅度提高。作为一种新型的太赫兹传输线，它具有灵活、简易、方便、价格低廉等优点，相信在太赫兹技术突飞猛进发展的今天将会有非常好的应用前景。关键词：太赫兹，太赫兹时域谱，液体，介质波导，传输线DISSERTATION：ResearchonliquidswithTerahertztime-domainspectroscopyandTerahertzliquid-c

6、oredielectricwaveguideSPECIALIZATION：ElectromagneticfieldandmicrowavetechnologyPOSTGRADUATE：LeiZhouⅣ匝NTOR：ProfessorWeiweiXuAbstractTHztechnologyhasbeenprovedtohavegreatapplicationpotentialinmanyfields．Inmanycountriesandareas，includingUS，Japan，EuropeandChina，THztechnolog

7、yhasbeenchosenasaprivilegeddirectionofscientificandtechnicaldevelopmentintlle21吼century．WiththedevelopmentofTHztechnologyinrecentdecades，theresearchofTHztransmissionlinesalsoreceivedmuchattention．DifferentkindsofTHztransmissionlineshavebeenreported，suchascircularandrect

8、angularwaveguides，plasticribbons，sapphirefibers，photoniccrystalfibers，parallelplates，metalwires，sub．1Tlln．coax