【摘要】：隨著通信技術和計算機技術的高速發(fā)展,人們對于信息傳輸和處理的要求也在不斷提高。無線通信的快速發(fā)展,使得頻譜資源日漸匱乏,開發(fā)新的頻段成為共識,太赫茲(THz)波段的很多頻段未被開發(fā)使用,因此引起了人們的關注。THz波是指介于微波和紅外光之間的波,THz占據(jù)的頻譜資源更加豐富。近年來掀起了一個研究THz技術的熱潮,其中,THz波開關是THz技術必不可少的組成部分。THz波開關主要分為通斷開關和具有選路功能的多通道開關,其中,多通道開關由于其具有選路的功能,是THz技術中的重要器件。本文利用磁性材料的磁導率隨磁場可變的性質,圍繞基于磁光子晶體的多通道THz波選路開關展開了研究,具體工作如下:利用光子晶體的禁帶特性、缺陷模理論和磁光子晶體的特性,提出了基于磁光子晶體的恒定磁場控制的1×3、1×4和1×6 THz波選路開關。采用二維正方晶格結構,引入線缺陷和磁光子晶體點缺陷,且點缺陷的尺寸都相同。假設波從某個輸出通道輸出,只要對相應的一個或幾個鐵氧體點缺陷施加相同大小的磁場,使得鐵氧體的磁導率變化,可以將入射的太赫茲波耦合到相應的通道,從而實現(xiàn)選路開關的功能。利用Rsoft軟件,結合平面波展開法(PWE)和時域有限差分法(FDTD),對提出的多通道THz波選路開關進行了仿真分析。研究結果表明:所設計的基于磁光子晶體的恒定磁場控制的多通道THz波選路開關在波長84μm處,TE模式的THz波透過率均在92%以上,消光比均高于14dB,有效地實現(xiàn)了恒定磁場控制的多通道THz波選路開關功能。由于點缺陷尺寸小,將磁場加在單個介質柱在實際操作中不容易實現(xiàn),提出新方案把磁場加在整個選路開關的結構,提出了基于磁光子晶體的可調磁場控制的1×3和1×4 THz波選路開關。采用二維正方晶格結構,引入線缺陷和磁光子晶體點缺陷,在每個通道內引入半徑大小不同的鐵氧體點缺陷。假設波從某個輸出通道輸出,需要對整個選路開關結構加磁場,使得結構中的所有磁性點缺陷的磁導率均發(fā)生變化,由外加磁場的大小來選擇哪個通道打開。利用Rsoft軟件,對此種類型的多通道選路開關進行了仿真分析。研究結果表明:設計的選路開關在波長85.33μm處,TE模式的THz波透過率均在93%以上,消光比均高于12dB,有效地實現(xiàn)了可調磁場控制的多通道THz波選路開關功能。本論文提出的基于磁光子晶體的多通道THz波選路開關結構簡單,易于集成,在未來的THz波通信中具有很好的應用前景。
【圖文】：

國內外學者對 THz 波開關進行了大量的探索和研究。包括基于二氧化 THz 波開關[43, 44]，基于超材料的 THz 波開關[45, 46]，基于克爾介質的 THz 波開晶的 THz 波開關[48, 49]，基于硅波導的 THz 波開關[50, 51]和基于光子晶體的 THz下面對這些 THz 波開關分別進行介紹。1） 基于二氧化釩薄膜相變的 THz 波開關于二氧化釩薄膜相變的 THz 波開關的基本結構示意圖如圖 1.1 所示[43]，外電場子濃度：當不加偏壓時，VO2薄膜處于絕緣態(tài)，內部載流子濃度小，在 THz 波THz 波具有很好的穿透性；在電場激勵下，VO2薄膜層開始轉變?yōu)榻饘傧�，載成電導層，由于自由載流子的吸收作用，以及電導層反射了 THz 電磁波，透過而在 VO2薄膜完全相變后，THz 波幾乎被關斷；撤去電場后，VO2薄膜恢復絕透過。當偏壓為 1.8V 時，調制深度達到 85%，當偏壓為 4V 時，調制深度已經超過通過是否施加外電場來實現(xiàn)開關功能。

圖 1.2 開關的結構示意圖 (a)單元結構平面圖；(b)單元結構透視圖基于克爾介質的 THz 波開關爾介質實現(xiàn) THz 波開關[47]的結構如圖 1.3 所示，由兩個被克爾介質隔開的施加不同強度的泵浦光，改變了克爾介質層的有效折射率，實現(xiàn)了吸收開明，該方案的開關可通過改變泵浦光的功率，在不同的工作頻率下實現(xiàn)開關收效率均達 99.8%，開關的時間約 20 ps。
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O441

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