基于二维磁光子晶体THz滤波器的特性研究

发布时间：2017-10-11 22:34

  本文关键词：基于二维磁光子晶体THz滤波器的特性研究

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【摘要】：THz波是频率在0.1～10THz范围内的电磁波,它是很好的宽带信息载体,由于其所处的特殊频段,它的方向性与穿透性在通信方面具有很大的潜力。光子晶体具有光子禁带与光子局域等特点。磁光子晶体(Magnetic photonic crystals, MPCs)是用磁光材料作为光子晶体的一种组成材料。磁光子晶体同时具有磁光效应和光子晶体的特性,具有独特的性质。将磁光子晶体技术用于制作THz通信的关键器件THz滤波器具有重要意义。本文将磁光子晶体技术和THz技术相结合,提出一种基于磁光子晶体的可调谐THz滤波器。首先分析了基于磁光子晶体THz滤波器的基本原理,然后在此基础上设计了直波导和微型腔相结合的三角晶格光子晶体结构,接着,分析微型腔的不同结构参数对滤波器性能的影响。通过改变内部介质柱半径以及外磁场的大小,改变反射壁介质柱的半径等等,对不同波长的THz波进行滤波。经过优化,得到一种带有采用磁性材料的7个介质柱作为微型腔的磁光子晶体可调谐THz滤波器。最后,利用RSoft软件仿真分析了不同波长的THz信号入射时,滤波器的性能指标。仿真结果表明,三角晶格磁光子晶体的光子带隙宽度较大,对应的波长范围在66.62μm ～107.15μm。该基于磁光子晶体可调谐THz滤波器可以实现两个波长分别为84.628μm(频率为3.545THz)、87.025μm(频率为3.447THz)的调谐滤波,相应的频带宽度分别为：0.0029THz、 0.0034THz。该滤波器的滤波效率几乎接近90%,插入损耗低于1dB,响应时间在2ns左右,滤波性能优良。该滤波器在未来的THz通信领域中具有广泛的应用前景。
【关键词】：磁光子晶体 石榴石铁氧体 微腔 THz波 滤波器
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 THz技术及应用前景8-10
• 1.1.1 THz技术8-9
• 1.1.2 THz波应用前景9-10
• 1.2 磁光子晶体技术10-13
• 1.2.1 磁光子晶体的概念10-11
• 1.2.2 磁光子晶体的特性11-13
• 1.3 磁光子晶体的研究进展13-17
• 1.4 磁光子晶体滤波器的研究进展17-20
• 1.5 论文研究目的和意义20
• 1.5.1 研究目的20
• 1.5.2 研究意义20
• 1.6 论文安排20-22
• 第二章 磁光子晶体THz滤波器基本分析方法22-38
• 2.1 平面波展开法(PWM)22-28
• 2.1.1 光子晶体的本征方程22-24
• 2.1.2 平面波展开法(PWM)的基本公式24-26
• 2.1.3 二维三角晶格光子晶体的带隙计算方法26-28
• 2.2 时域有限差分法(FDTD)28-35
• 2.2.1 时域有限差分法(FDTD)的基本公式28-32
• 2.2.2 时域有限差分法(FDTD)的稳定性条件32-33
• 2.2.3 时域有限差分法(FDTD)的吸收边界条件33-35
• 2.2.4 时域有限差分法(FDTD)的激励源选择35
• 2.3 铁氧体磁导率随外磁场和频率变化的关系35-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器的设计38-61
• 3.1 基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器的滤波原理38-39
• 3.2 基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器的材料选取39-40
• 3.3 基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器的基本结构40-46
• 3.3.1 完整晶格的基本结构40-41
• 3.3.2 简单三角晶格光子晶体的参数选择及带隙计算41-46
• 3.4 简单三角晶格光子晶体单波长THz滤波器的结构设计46-50
• 3.4.1 线缺陷波导的设计46-48
• 3.4.2 微型谐振腔的设计48-50
• 3.5 结构参数对THz滤波器性能的影响50-58
• 3.5.1 外磁场大小的影响50-51
• 3.5.2 内部介质柱半径的影响51-55
• 3.5.3 反射壁对滤波器性能的影响55-58
• 3.6 新型磁光子晶体可调谐THz滤波器的结构设计58-60
• 3.7 本章小结60-61
• 第四章 基于磁光子晶体的可调谐THz滤波器的性能分析61-70
• 4.1 THz滤波器的性能指标61-62
• 4.2 磁性介质柱的半径对THz滤波器性能的影响62-66
• 4.2.1 微型腔中心磁性介质柱半径的影响63-64
• 4.2.2 微型腔周围六个磁性介质柱半径的影响64-66
• 4.3 基于磁光子晶体的可调谐THz滤波器的性能分析66-69
• 4.3.1 THz滤波器滤波性能分析66-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 总结与展望70-76
• 5.1 总结70-71
• 5.2 应用前景71-76
• 5.2.1 基于共振耦合的磁光子晶体可调谐THz滤波器的特点71-72
• 5.2.2 基于磁光子晶体可调谐THz滤波器在THz通信系统中的应用展望72-76
• 参考文献76-79
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文79-80
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目80-81
• 致谢81

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本文编号：1015166