太赫兹波段类光学器件的设计及实验观测与特性仿真
发布时间：2020-10-12 23:19
太赫兹波因其独特的优势,在各研究领域备受关注,而太赫兹波段类光学器件作为太赫兹科学技术发展的核心器件,具有突出的实际应用价值。本文主要利用三维电磁场仿真软件CST(Computer Simulation Technology)对太赫兹波段类光学器件的光学特性进行了仿真,并利用3D打印技术制备了凹透镜、螺旋相位球(SPS,Spiral Phase Sphere)等太赫兹波段类光学器件的模型,进行实验观测。证明了3D打印技术在制作太赫兹波段类光学器件方面有很好的应用前景。本文具体的研究内容包括以下几个方面。(1)首先对三维电磁场仿真软件CST进行了简单的介绍,并通过MATLAB控制CST的方法仿真复杂目标的太赫兹雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)来验证采用该方法进行三维电磁场仿真的有效性、正确性、高效性和便利性。并对3D打印技术的基本原理进行了说明,为3D打印技术制备太赫兹波段类的光学器件提供了可能。(2)利用3D打印技术制备了双凹透镜,将其用于扩束准直系统设计中,通过CST仿真了0.1 THz连续波的扩束准直系统的光学特性,并对此套光学系统进行了实验观测,对比仿真和实验结果发现该扩束准直系统具有良好的扩束准直效果。(3)从用于产生涡旋波束的螺旋相位球的设计原理出发,利用MATLAB-CST联合仿真的方法设计了携带有不同拓扑荷值的太赫兹波段类的螺旋相位球并进行三维电磁场仿真,验证了该光学器件可以用来产生太赫兹涡旋波束。并利用3D打印技术制备了带有不同拓扑荷值的螺旋相位球,对拓扑荷值为1的螺旋相位球进行了实验观测。(4)对已优化的0.65 THz工作的硅基带棒扇形贴片天线进行了特性仿真分析,介绍了太赫兹波段类的透镜理论知识,以3D打印材料VeroWhite材料为介质透镜的材料来设计优化扩展半球透镜,对0.65 THz带棒扇形透镜贴片集成天线进行仿真特性分析,通过仿真优化扩展半球透镜的半径和扩展长度,使天线具有更佳的辐射特性。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O441.4;TN256
【部分图文】：
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1 绪论赫兹波简介赫兹波兹波( THz , Terahertz) 是指频率介于 0.1-10 THz 之间，对应的波长为射[1]。在电磁波谱中，太赫兹波处于电子学与光子学的过渡区域，在赫兹波也被称为毫米波或亚毫米波；而在光子学领域中，太赫兹波线[2]。图 1-1 所示为太赫兹波所在的电磁波谱中的位置。
使得软件在处理薄片和细线等问题时具有内存需求低、速度快和精点，后续的版本又对 TST 技术做了新的改进，使得 CST MWS 不需特殊处理确地解决类似共形天线等特殊问题。2004 年，引入了多级子网技术 (ltilevel Subgridding Scheme), 大大地减少了网格点数，使网格定义更加经济有了仿真速度，对复杂的模型器件尤为有效。随着版本的更新，软件在保持其点的情况下，重新优化整理了子网格，使得该项专利技术更灵活成熟，后续根据模型结构的变化自动优化子网格的多层子网格自动嵌套技术极大地降低求和提高了仿真计算速度。在原有很强的网格技术上，加入了共形子网格使得S 具有了局域网格划分的能力，大大地提高了仿真速度和精度，最多可高达十添加了分布式网络计算、元件材料库等很多的新特性，使得 CST MWS 的功完善。CST MWS 时域求解器主要使用六面体网格进行计算求解，在维持仿真的优势下还能保证计算求解的速度很快，并且 CST MWS 还能实现自适应网极大地提高了仿真速度。
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论解空间中，以六面体网格为例来讨论 FIT 算法。将整个网格系统由相互正交和相互嵌套的基网格 (Primary/Dual Grid)两套网格组成。而在 CST MWS 的网格视图克斯韦积分方程则是由这两套网格离散完成的。为了求，保证分布于空间中的电场和磁场相互保持空间垂磁场是由四个与之垂直的电场分布于其周边，同理也图 1-3 所示，在基网格 G 的面上定义了磁通 ，在其分量 的各个电场分量为 、 、 、 ；相应地， ，在其棱边上定义了磁压 , 围绕在电场分量 的。bnbneiejekelmd hmdl
【参考文献】
本文编号：2838420
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O441.4;TN256
【部分图文】：
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1 绪论赫兹波简介赫兹波兹波( THz , Terahertz) 是指频率介于 0.1-10 THz 之间，对应的波长为射[1]。在电磁波谱中，太赫兹波处于电子学与光子学的过渡区域，在赫兹波也被称为毫米波或亚毫米波；而在光子学领域中，太赫兹波线[2]。图 1-1 所示为太赫兹波所在的电磁波谱中的位置。
使得软件在处理薄片和细线等问题时具有内存需求低、速度快和精点，后续的版本又对 TST 技术做了新的改进，使得 CST MWS 不需特殊处理确地解决类似共形天线等特殊问题。2004 年，引入了多级子网技术 (ltilevel Subgridding Scheme), 大大地减少了网格点数，使网格定义更加经济有了仿真速度，对复杂的模型器件尤为有效。随着版本的更新，软件在保持其点的情况下，重新优化整理了子网格，使得该项专利技术更灵活成熟，后续根据模型结构的变化自动优化子网格的多层子网格自动嵌套技术极大地降低求和提高了仿真计算速度。在原有很强的网格技术上，加入了共形子网格使得S 具有了局域网格划分的能力，大大地提高了仿真速度和精度，最多可高达十添加了分布式网络计算、元件材料库等很多的新特性，使得 CST MWS 的功完善。CST MWS 时域求解器主要使用六面体网格进行计算求解，在维持仿真的优势下还能保证计算求解的速度很快，并且 CST MWS 还能实现自适应网极大地提高了仿真速度。
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论解空间中，以六面体网格为例来讨论 FIT 算法。将整个网格系统由相互正交和相互嵌套的基网格 (Primary/Dual Grid)两套网格组成。而在 CST MWS 的网格视图克斯韦积分方程则是由这两套网格离散完成的。为了求，保证分布于空间中的电场和磁场相互保持空间垂磁场是由四个与之垂直的电场分布于其周边，同理也图 1-3 所示，在基网格 G 的面上定义了磁通 ，在其分量 的各个电场分量为 、 、 、 ；相应地， ，在其棱边上定义了磁压 , 围绕在电场分量 的。bnbneiejekelmd hmdl
【参考文献】
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本文编号：2838420
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