太赫兹光子晶体光纤设计与应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

目前太赫兹波的研究突飞猛进，如何获得THz波段的低损耗，低色散的传播介质成为了THz研究的一个重点。由于THz波在科学技术以及应用上有着极其重要的价值，目前国内外已经有多个课题组开展了THz领域的研究工作。二十世纪以来，欧洲对THz波的成像、医疗、通信等领域的研究做出了重要的贡献。美国Jefferson成功实现了一种大功率的THz光源，并开发了1THz-10THz的广域半导体振荡器和检波器。法国实施了NANO-TERA项目，主要是分析了太赫兹波段的信号装置。2001年，Kawase研究小组实现了可调谐半导体激光器，并且获得了1.1THz-2.4THz的调谐输出。在国内，中科院上海微系统与信息技术研究所的曹俊成等人组成的研究小组研究了THz波导器件及其应用，深入的研究了THz辐射与半导体的相互作用规律，并提出了一种半导体THz检测器。天津大学的姚建铨院士所组成的激光与光电研究所，利用周期极化晶体的非线性光学频率交换效应获得太赫兹波源，以及太赫兹波导器件的传输研究。

2001年，D.Grischkowsky等人用铜材料设计了一种THz金属平行平板波导。两平板厚度为12-24mm，之间的距离为108um，太赫兹波在两平行的金属平板中间传输实验测量发现在0.5THz时这种结构对导模能量的吸收损耗为0.06cm^-1,并且群速度随频率的变化很小，有效的抑制了群速度色散。光子晶体光纤由于具有区别于传统光纤的无截止单模传输，可调节色散，高双折射，低损耗等特性，已经成为当前国内外研究的一个热门课题。光子晶体光纤的独特性质为设计一种低损耗的太赫兹波波导提供了思路。2002年，韩国浦项科技大学利用高密度聚乙烯空心管棒堆积拉制成实芯光子晶体光纤。其中纤芯2cm，周期500um，空气孔直径400um。实验测得这种光纤能有效传输频率在0.1-3THz范围内的太赫兹波。2008年，J.Y.Lu等人首次拉制成功光子带隙型太赫兹光子晶体光纤，实现了0.01cm^-1的低损耗传输。课题针对太赫兹晶体光纤及应用进行研究。

2. 研究内容和预期目标

本设计的主要内容如下：

1. 了解太赫兹技术及太赫兹波导器件；

2. 了解光子晶体光纤及太赫兹光子晶体光纤；

3. 研究的方法与步骤

1. 研究方法

以所学的理论知识为基础，通过有限元分析软件的使用，以及查阅文献完成对所学课题的了解，找出最佳设计方案。

2. 步骤

4. 参考文献

[1]周昌玉等，有限元分析的基本方法及工程应用，化学工业出版社，2006；

[2]黄婉文等，太赫兹波导器件研究进展，激光与光电子学进展，2006,43(7):9-15；

[3]p.h.siegel, terahertz technology, ieee transactionon microwave theory and

5. 计划与进度安排

3月14日-3月18日：毕业实习总结与课题的了解

3月21日-3月25日：完成开题报告

3月29日-4月01日：了解有限元软件的使用