新型太赫兹波导研究硕士论文

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1、北京交通大学硕士学位论文新型太赫兹波导研究姓名：张鑫申请学位级别：硕士专业：光通信与移动通信指导教师：娄淑琴20090601中文摘要摘要：太赫兹(THz)电磁波在超快过程探测、材料表征、环境检测、物体成像、医疗诊断、高速光电子器件、宽带移动通信等领域具有广阔的应用前景。目前由于缺乏低损耗、低色散的波导而使其应用受到很大的限制。因此，研究与开发高性能传输太赫兹波的波导对推动太赫兹的应用具有重要的意义。本文着重分析了太赫兹金属空芯波导和金属镀层空芯波导的传输特性，讨论了影响传输特性的因素，并对波导结构进行

2、改进，提出了介质／金属空芯波导结构，为进一步提高太赫兹空芯波导的传输特性提出参考。首先，通过空芯波导传输理论对太赫兹金属空芯波导进行分析，讨论了金属空芯波导的导光机理和模式损耗。THz空芯波导的低阶传输模式主要为TE．，、TM。。和TE，．模，其中TE．。模的截止波长是最长的，因而是圆波导中的最低阶模式，即主模。TM。。模是最低的圆对称模式。其次，详细阐述高频电磁场有限元数值分析方法，介绍了AnsoflHFSS电磁场仿真软件。使用HFSS精确求解太赫兹金属空芯波导的模场分布、传输损耗与色散，并与理论值

3、进行对比，证明了研究手段的可行性，为研究太赫兹波导提出一种有效的新方法。再次，讨论了金属镀层空芯波导的传输特性与结构设计。通过仿真讨论了波导芯径、镀层金属种类、镀层厚度和弯曲对传输特性的影响，确定了金属镀层空芯波导的最佳结构参数，即在内半径为lmm，银膜的镀层厚度大于0．1岬时，该结构的主模一TE¨模的衰减系数在0．5THz以下小于2dB／m，色散小于1．7ps／THz／cm，能够将太赫兹波的传输距离量级提高至米级。论文的最后，对金属镀层空芯波导的结构进行改进，通过内镀介质膜进一步减小损耗和色散，讨论

4、了不同材料的电介质层对传输性能的影响，设计出了介质／金属空芯波导合适的波导结构。当选择聚乙烯(PE)作为介质层，镀膜厚度为13gm时，金属层为0．1岬的银膜时，主模TE．。模的传输损耗晟小降至0．41dB／m。该结构的群速度色散与镀银空芯波导基本相同。本文对材料的选择和膜厚的确定提出了明确的方法，为进一步提高波导性能打下了良好的基础。关键词：太赫兹(THz)；空芯波导；金属膜；电介质膜。分类号：0431．1111

5、匕塞交通太堂亟±堂僮i金毫△垦墨!＆△￡!ABSTRACTABSTRACT：Terahe

6、rtzelectromagneticwaveshavebroadapplicationprospectsinultrafastprocessdetection,materialscharacterization,environmentalmonitoring,objectimaging,medicaldiagnostics，high—speedoptoelectronicdevicesandbroadbandmobilecommunication．However,duetothelackoflow—l

7、ossandlowdispersionTHzwaveguide,itsapplicationhasbeenlimitedtosomeextent．Soresearchanddevelopmentofhigh-performanceTHzwaveguidesisimportantfordevelopingarangeofpotentialapplications．ThispaperanalyzesthetransmissioncharacteristicsofTHzmetalhollowwaveguid

8、eandmetalcoatedhollowwaveguide，diSCUSSCSthefactorsthataffectthetransmissioncharacteristicsandimprovesthewaveguidebyaddingadielectriclayeroutsidethemetalfilm．ThenumericalresultsshowthatthenewstructureCanofferapossibilitytodesignhighperformanceTHzwaveguid

9、e．Firstofall，thegeneralhollowwaveguideisanalyzedandthetransmissionmechanismofmetalhollowwaveguideisdiscussed．Thefirstthreelow—ordermodesinTHzhollowwaveguideareTEll，TMoIandTE2lmodes．AmongthosemodestheTEIImodehasthelongestcut-offwa