THz波段在硫系波导中的传输特性研究

1、 密级： NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR（20112015年）题 目 THz波段在硫系波导中的传输特性研究 学 院： 理学院 系 物理系 专业班级： 应用物理111班 学生姓名： 李文琦 学号： 5502211031 指导教师： 邹林儿 职称： 副教授 起讫日期： 2015.01 2015.06 南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集

2、体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期：导师签名： 日期：摘要THz波段在硫系波导中的传输特性研究专 业： 应用物理 学 号：5502211031学生姓名： 李文

3、琦 指导教师： 邹林儿摘要太赫兹（THz）波段是指频率范围0.1 THz到10THz之间的电磁波，由于其频谱范围广、光子能量低、信噪比较高等特性，从而具有很高的学术研究以及实际应用价值，是近年来比较热门的研究项目之一。硫系玻璃具有相对于其他材料来说较高的非线性折射率，其透射性与光敏性较好，是理想的光波导材料之一。对THz波段的研究项目有很多，但目前针对THz波段在硫系波导中的传输特性方面研究较少。本文中主要对THz波段在As2S3脊型波导中的传输特性进行了研究。本文采用有限元法，通过COMSOL Muitiphysics软件设计出以As2S3为芯层材料的脊型波导模型，并结合MATLAB软件对获

4、得的数据进行后处理，计算分析了不同尺寸下，THz脊型硫系波导有效折射率、群速度色散与有效模场面积的参数。关键词：太赫兹；硫系波导；有限元法；传输特性- 20 -AbstractStudy on Propagation Characteristics of Chalcogenide Glass Waveguide in THz FrequenciesAbstractThe terahertz (THz) frequencies refers to the frequency range of electromagnetic waves between 0.1 THz to 10THz. The

5、terahertz (THz) frequencies has wide frequency spectrum, low photons energy, high signal to noise ratio and other characteristics, so as to have a high academic research value and a practical applications value. The terahertz (THz) frequencies is a popular research projects in recent years.Comparing

6、 with other materials, Chalcogenide glass has higher nonlinear refractive index, better transmittance and photosensitivity. It is one of the ideal optical waveguide materials. The research projects of THz region are many, but the study on the transmission characteristics of THz wave band in cha

7、lcogenide waveguide is less currently. The study in this article focuses on the transmission characteristics of THz in As2S3 ridged waveguide.Based on the finite element method, I used As2S3 to the core material and designed the ridge waveguide model by COMSOL Muitiphysics software in this paper . A

8、nd combined with MATLAB software , I processed the obtained data, then calculated and analyzed the effective refractive index, group velocity dispersion parameters and effective mode area of the THz ridged waveguide in the different sizes.Keyword: Terahertz; Chalcogenide Waveguide; The Finite Elemen

9、t Method; Transmission Characteristics.目录目录摘要Abstract第1章 绪论11.1 THz技术概述11.2 THz波段特点11.3 THz技术的应用领域11.4 THz技术的研究现状21.5 论文主要内容及工作2第2章 基于有限元法对硫系脊型波导的设计与仿真42.1硫系波导简介42.2脊型硫系波导的几何结构52.3有限元法简介62.4 THz波段在硫系波导中传输特性的仿真8第三章 脊型硫系波导传输特性的分析与讨论103.1不同尺寸脊波导有效折射率与波长的关系103.2不同尺寸脊波导色散参量与波长的关系123.3不同尺寸脊波导群速度色散GVD与波长的关

10、系133.4不同尺寸脊波导有效模场面积与波长的关系15总结19致谢20参考文献（References）21第一章 绪论第1章 绪论1.1 THz技术概述科学家对太赫兹（THz）波段的研究开始于上个世纪初期，“Terahertz”一词首次是由fleming于上个世纪七十年代提出，是以用来描述迈克尔逊干涉仪的光谱线频率范围1。但是在这之后的一段时期，特别是相对于微波学以及光学等研究的迅速发展并相对成熟，对太赫兹（THz）波段的研究与发展非常缓慢，这一方面是在于没有可靠稳定的产生机制与有效的检测方法，另一方面，太赫兹器件发展的不成熟也极大地束缚了对太赫兹波段的进一步深入探索。1.2 THz波段特点太

11、赫兹（THz）波段的电磁频谱比较宽广，其波长范围达10个数量级。太赫兹（THz）的波段位于微波和红外辐射之间，属于毫米波、亚毫米波，在以前，科学家们也称太赫兹（THz）波段为远红外射线。一般来说，太赫兹波段的频率范围在0.1 THz到10THz之间，波长范围介于30m至3000m之间。太赫兹波（THz）具有许多优秀的特性，例如：太赫兹波段在穿透物质时衰减的辐射能较小，且太赫兹波的光子能量非常低，频率在1THz的THz波所具有的光子能量大约在4meV，大约只有X射线的百分之一，对大部分的被检测物质不会造成损害。同时太赫兹频谱的峰值功率很高，由于相干探测技术采集获取的频率为THz脉冲的实时频率，这

12、就使得太赫兹波具有极高的信噪比，非常适用于成像。这些特性使得太赫兹技术无论在学术研究方面还是实际应用方面都具有非常大价值与潜力，从而引起越来越多的科学家对其广泛关注，国际内外也有越来越多的研究人员投入到对太赫兹波段的研究中来。1.3 THz技术的应用领域近些年来，太赫兹（THz）技术成为比较热门的一个研究领域，特别是近些年来超快激光技术发展比较迅速，这为太赫兹（THz）技术的产生提供了稳定性能较好的激发光源，大大推动了太赫兹（THz）技术的研究进展。而太赫兹（THz）技术独特的性能特点，也决定了这项技术在诸如生物医学、微电子、基础物理、环境监测以及信息通讯等领域有着广阔的发展潜力。例如，在医学

13、方面，因为太赫兹波段信噪比较高，适用于成像技术，所以在医学成像方面具有很大的应用潜力；在生物方面，利用太赫兹的频率共振，可以对许多生物进行DNA方面的信息检测，从而进行在农业、食品工程方面应用前景广阔2；在通讯方面，太赫兹波具有大量携带信息的能力，且传输速度极高，远超出现代的宽带技术，可以实现卫星大容量的信息传输功能3；此外，太赫兹波穿透力较强，可以透过烟雾等在环境方面进行有害物质的检测，也可以在对于大部分被检测物质不会造成损害的情况下进行相关检测，适合应用于海关、安保等领域4。1.4 THz技术的研究现状对于太赫兹波的广泛研究开始于20世纪80年代以后，目前已经有许多研究机构在这项科研工作中

14、取得了突破。20世纪80年代，ATT、Bell以及T.J.Watson公司发展出了非常有效的测试技术太赫兹时域光谱技术。90年代开始美国伦斯勒理工学院对太赫兹在光谱和成像方面的研究也取得了很大进展5-7。太赫兹技术在国内的发展起步比较晚，至今约只有十余年。近年来国内一些研究单位也采用了许多研究方法与手段对太赫兹技术进行了探索。2012年，孔辉等人研究了亚波长金属阵列中太赫兹波段的传输特性8；2014年，吴斌等人对太赫兹波在砷化镓波导中的产生与传输进行了分析与探索9；2015年2月，顾达等人对新型THz 微结构传输光纤进行了仿真设计10。1.5 论文主要内容及工作综合以上方面，太赫兹技术由于其优

15、越的特性在许多领域都有着广阔的发展前景，引起了国内外广泛的关注。为了对太赫兹技术的应用有更深入的研究，一方面要从太赫兹波段的产生机制入手，另一方面太赫兹波段的传输问题也是重中之重，这主要涉及到太赫兹器件的开发与研制。在本文中，主要进行了对太赫兹波段在硫系波导中的传输特性进行了研究。采用有限元法，通过仿真手段分析并总结了太赫兹波段在As2S3中有效折射率、色散、群速度色散以及有效模场面积的变化规律。具体内容为：（1） 设计并建立了AS2S3脊型硫系波导的几何模型，自主定义了该模型的各个参数与变量。（2） 通过有限元法对AS2S3脊型硫系波导进行了连续性的离散化，通过对每个单元的分析最终对模型进行

16、整体分析与总结。（3） 使用COMSOL软件对建立的模型进行仿真模拟，获取太赫兹波段在AS2S3中有效折射率、色散、群速度色散的基本数据。（4） 对仿真数据进行数据处理，从所得数据中分析并总结出太赫兹波段在AS2S3中的传输特性。第二章 基于有限元法对硫系脊型波导的设计与仿真第2章 基于有限元法对硫系脊型波导的设计与仿真2.1 硫系波导简介硫系玻璃是光波导比较理想的基体材料之一，基本是以S、Se、Te为主要成分，参杂引入As、Al、Si、Sb、Ge等元素化合形成共价键的无机玻璃材料。与其他材料相比，硫系材料有较大的折射率，范围大于在2.2与2.5之间，其非线性折射率为2.9×10-1

17、8m2/W11-12，远超出石英等材料，这种较高的非线性折射率，可以使硫系材料具有较好的光场限域作用，这样，即使在光波导存在较大弯曲的情况下，对光信号的损耗也会大大减小。硫系材料的透射性良好，硫族玻璃有很宽的透射光谱(0.5m-16m) 13，使得其在通讯领域有着广泛的应用潜力，并且还可以被应用于基础物理、生物医疗以及环境监测等领域。此外，硫系材料具有较好的光敏性，硫系原子有两个未成对的孤对电子14，硫系原子中的孤对电子在光辐射条件下容易被激发产生跃迁，这种良好的光敏性可以被很好地应用于制备各类光波导中。最后，硫系材料的热稳定性比较好，抗腐蚀性也比较高，并且易于高浓度参杂其他稀土离子。这些特点

18、使得硫系材料与其他材料相比具有较为突出的优势，也使得对硫系材料的研究与探索成为近些年来的研究热点之一。第一根基于Ga-La-S玻璃体系的光子晶体光纤与2000年首次报道，报道来源于英国南安普敦大学的Monro等人15。2006年Taeed等人利用自相位调制波长展宽技术在As2S3波导中实现了信号的再生19。本文中，所使用的硫系波导为As2S3脊型波导，这种As2S3波导是最早获得应用的硫系波导材料之一，它的光学非线性性能非常好，非线性折射率比普通的SiO2玻璃高出两个数量级，可以使非线性光学器件集成度更高。波导形状为脊型，这种形状的波导可以将大部分能量聚集在脊型区域，受工艺技术的影响较小，并且

19、相对于矩形波导来说脊型波导的损耗更低。2.2 脊型硫系波导的几何结构ywn2 111111hn1n3dx图2.1 脊型硫系波导的几何结构图脊型硫系波导的几何结构如图2.1所示，n1为芯层材料折射率，n2为覆盖层折射率，n3为衬底材料折射率，d为芯层厚度，h为刻蚀深度，w为脊宽。对于硫系玻璃的折射率，可以使用sellmeier公式进行近似： （1）其中，n为折射率，为波长，Bi及Ci为依经验决定的sellmeier系数17对于As2S3的sellmeier系数18，B1=1.8983678，B2=1.9222979，B3=0.8765134，B4=0.11887048，B5=0.9569903；

20、C1=0.0225，C2=0.0625，C3=0.1225，C4=0.2025，C5=750，As2S3的非线性折射率系数n2=2.92×10-18m2/W11-12。据此，可以通过MATLAB软件进行编程，拟合出材料折射率随波长的变化曲线，得到所需要的数据。（a） （b） 图2.2材料折射率随波长的变化关系曲线图2.2（a）为30-300m波长范围内材料折射率随波长的变化曲线，图2.2（b）为300-3000m波长范围内材料折射率随波长的变化曲线。由图2.2的关系曲线可以看出随着波长的逐渐增大（频率逐渐减小），As2S3的材料折射率逐渐减小。在图2.2（b）中可以看到，波长在增加到

21、一定程度后，折射率减小幅度不明显，关系曲线趋于平缓。对于具有轴对称性质的波导，其色散主要来源于材料色散和波导色散，可以用2来表示群速度色散的系数： （2）其中，c为光在真空中的传播速度，为中心波长，neff为有效折射率，可以使用COMSOL软件用有限单元法计算得出。在本论文中，使用的芯层材料为As2S3，As2S3在各个波长处材料折射率随入射频率的变化而变化。覆盖层为空气，其折射率大约为1.0003，近似为1。采用的衬底材料为SiO2，波长折射率大约为1.51519。在本次仿真中，折射率是一个重要的研究因素，所以将首先对波导的有效折射率进行分析。然后再考虑波导的尺寸结构对波导传输性能的影响。2

22、.3 有限元法简介近年来，硫系波导以其独有的特性与优势，成为了比较热门的研究方向之一。在对于硫系波导的理论研究过程中，研究人员提出了一些适用于硫系波导的结构和传输特性的理想模型和计算方法，但是，如何快速、准确的建立并计算出硫系波导的结构和传输特性是一个需要解决的主要问题。有鉴于此，各类数理方程以及计算方法不断发展，目前，比较常用的数学分析方法有有限差分法（Finite Difference Method，FDM）、有限单元法（Finite Element Method，FEM）、有限体积法（Finite Volume Method，FVM）等。在本论文中，主要基于有限单元法（Finite El

23、ement Method，FEM）对太赫兹波段在硫系波导中的传输特性进行研究。有限元方法，也称有限单元法（Finite Element Method, FEM）是随着计算机的发展而飞速发展起来的一种数值求解方法20。起源于土木工程和航空工程力学结构分析也就是连续介质力学的有限元方法，最早可以追溯到上个世纪四十年代Alexander Hrennikoff和Richard Courant的工作。在接下来的十年间，有限元方法开始逐渐得到大规模的广泛应用，目前这种数理分析方法已经不仅仅应用于结构力学分析中，其在其他各种数学、物理、工程范畴也得到了广泛的应用。目前，有许多软件的工作原理是基于使用这种数理

24、分析方法的，例如COMSOL Muitiphysics、Ansys、Abaqus等，都是采用有限元方法来进行数据分析求解的。本文中所使用的仿真软件就是COMSOL Muitiphysics软件。COMSOL Muitiphysics软件采用有限元方法进行求解，软件中预置了大量的物理场应用模式，最大的特点在于其进行直接强耦合分析。实际应用中，通过这些针对常见物理现象预置的物理场应用模式，设定图形化接口，可以通过用户自定义，将正确的偏微分方程形式、初始条件以及边界条件输入到程序中，然后程序在后台进行处理和求解，并将结果经过处理图形化的呈现出来。有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，它的基本思路是

25、將微分方程离散化，也就是把求解域离散成有限个互不重叠的单元，在每个单元内选择一些合适的节点作为插值点，然后把待求的偏微分方程中的因变量改写成根据节点上的值的插值函数组成的线性方程组，从而可以通过适当的数值方法求解得到所需的解。综上所述，有限元法分析的基本步骤可以概括为：1、建立模型。通过将复杂的物理问题几何化，并且通过设定条件（边界条件、激励等），建立出对应问题的几何模型。2、进行场域的剖分。将连续的问题离散化，通过选取相应的节点，将模型分解为小的有限单元，这些有限元要求互不重叠，可以为三角形或矩形，具体视分析问题而定。3、对有限元进行分析。选取相应的插值函数，然后根据节点及材料性质，计算出有

26、限元的局部系数矩阵和激励矩阵。4、整体分析并求解。通过把变分问题离散化，可以得到一组联立的代数方程组，接下来可以通过选择适当的代数解法，解出这个有限元方程。5、结果后处理。在数据结果计算出来后，还可以通过后处理菜单对数据集中的数据进行处理，比如点、面、体的积分等，来获得所解问题的其他参数。所获得的数据结果可以通过绘图，动画等形式输出。2.4 THz波段在硫系波导中传输特性的仿真对图2.1所示的脊型硫系波导的几何结构图，通过COMSOL软件对其进行了模型建立。所使用的软件版本为COMSOL Multiphysics 5.0，建立模型的过程如下：（1）打开软件，在新窗口中，单击模型向导，选择“二维

27、”模式，在接下来的物理场添加中，选择“射频”“电磁波，频域（emw）”，然后选择研究，添加自定义研究>空缺研究，最后直接单击完成。（2）在接下来进行参数定义，参数设置在模型工具栏上，通过参数设置，可以定义材料折射率，这样在入射频率变化时，As2S3材料的折射率可以随波长的变化而变化。（3）几何的构建，该脊型波导可以由矩形构建出来，首先设置单位为mm，然后构建出不同尺寸与位置的矩形，通过域的合并可以构建出所需要的脊型几何图形，即图2.1中所设计的几何模型。（4）设置材料。在这个模型的建立中，使用的芯层材料为As2S3，覆盖层为空气（air），采用的衬底材料为SiO2，这些材料都可以在软件的

28、材料库中找到，接下来只要设定好各材料的折射率，然后选择材料所对应的覆盖域就可以了。（5）最后，在物理场 “电磁波，频域（emw）”中，选择“波方程，电1”，设定电位移场模型为折射率。设定的波导模型如图2.3所示：图2.3脊型波导的仿真模型（5）然后需要对所构建的几何模型进行网格的划分，选择的网格为自由剖分三角形网格，并建立了两种不同的自由剖分三角形网格，在芯层材料上进行的网格剖分要比剩余域的剖分网格更加细分一些。这样，波导模型就基本设定完毕。波导模型的三角形网格剖分如图2.4所示：图2.4脊型波导模型的三角形网格剖分图 最后，是关于数据的计算与分析，通过“研究”选项卡，增加研究，增加的研究为预

29、置求解中的“模式分析”，然后通过设置模式分析频率、待求的模态数以及搜索模态的基准点，就可以通过计算的得到有效模式折射率的数据。第三章 脊型硫系波导传输特性的分析与讨论第3章 脊型硫系波导传输特性的分析与讨论在本论文中，将分别采用芯层厚度450m，脊宽1000m、800m、500m、400m以及刻蚀深度100m、200m、300m的尺寸来构建脊型波导。3.1 不同尺寸脊波导模型有效折射率与波长的关系在不同尺寸情况下得到了准TM模和准TE模的有效折射率neff：A脊宽为1000m , 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的有效折射率随波长的变化为：（a）准TE模 (

30、b)准TM模图3.1 脊宽w=1000m时准TE模、准TM模的有效折射率B脊宽为800m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的有效折射率随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.2 脊宽w=800m时准TE模、准TM模的有效折射率C脊宽为500m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的有效折射率随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.3 脊宽w=500m时准TE模、准TM模的有效折射率D脊宽为400m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的有效折射率随波长的变化为：（a

31、）准TE模 (b)准TM模图3.4 脊宽w=400m时准TE模、准TM模的有效折射率从图3.1至图3.4中，我们可以看到：当脊型波导的脊宽一定时，随着刻蚀深度的增加，波导的有效折射率有减小的趋势；当刻蚀深度一定时，波导脊宽尺寸越大，有效折射率也越大；当脊型光波导尺寸结构不变时，波导的有效折射率随着波长的增加逐渐减小；并且在脊型光波导尺寸结构相同的情况下，准TE模的有效折射率要比准TM模的有效折射率大。3.2 不同尺寸脊波导模型色散参量与波长的关系A脊宽为1000m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的色散参量随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3

32、.5 脊宽w=1000m时准TE模、准TM模的色散参量B脊宽为800m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的色散参量随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.6 脊宽w=800m时准TE模、准TM模的色散参量C脊宽为500m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的色散参量随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.7 脊宽w=500m时准TE模、准TM模的色散参量D脊宽为400m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的色散参量随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图

33、3.8 脊宽w=400m时准TE模、准TM模的色散参量从图3.5到图3.8我们可以看到：准TE模与准TM模都具有零色散，并且在一定范围内都为负色散，波长达到一定长度后才为正色散。尺寸一定时，脊波导的色散参量随波长的增大先减小后增大。在准TE模中，总体趋势相同，但随着刻蚀深度的增加，色散参量的变化曲线弧度趋于平缓。3.3 不同尺寸脊波导模型群速度色散GVD与波长的关系A脊宽为1000m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的群速度色散随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.9 脊宽w=1000m时准TE模、准TM模的的群速度色散GVDB脊宽为800m

34、, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的群速度色散随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.10 脊宽w=800m时准TE模、准TM模的群速度色散GVDC脊宽为500m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的群速度色散随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.11 脊宽w=500m时准TE模、准TM模的群速度色散GVDD脊宽为400m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的群速度色散随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.12 脊宽w=400m时准TE模、准TM

35、模的群速度色散GVD从图3.9到图3.12的关系曲线中我们可以看到：随着波长的增加，波导的群速度色散在1500m左右波长由较为平稳的变化向负方向增加，并且增加趋势逐渐加大；随着刻蚀深度的增加，波导的准TE模GVD也在不断增大，但增加的幅度越来越小；同刻蚀深度下，脊宽减小后，GVD也在不断减小。3.4 不同尺寸脊波导模型有效模场面积与波长的关系有效模场面积可以用以下公式定义： （3）可以利用COMSOL软件求出波长下对应波导结构的电场分布，并利用后处理菜单下的数据集菜单求解积分分别求出式（3）中分子和分母的积分，然后进行除法计算得出有效模场面积。接下来根据式（3），可以得出有效模场面积在不同波导

36、尺寸下随波长的变化曲线。A脊宽为1000m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的有效模场面积随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.13 脊宽w=1000m时准TE模、准TM模的有效模场面积B脊宽为800m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的有效模场面积随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.14 脊宽w=800m时准TE模、准TM模的有效模场面积C脊宽为500m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的有效模场面积随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3

37、.15 脊宽w=500m时准TE模的有效模场面积D脊宽为400m, 芯层厚度450m,刻蚀深度h分别为100m,200m和300m时相应的有效模场面积随波长的变化为：（a）准TE模 (b)准TM模图3.16 脊宽w=400m时准TE模、准TM模的有效模场面积从图3.13到图3.16中我们可以看到：准TE模的有效模场面积Aeff总体上呈增大的趋势，在某些尺寸下会有减少的情况出现；而准TM模变化则呈无规律分布。当脊宽一定时，随着刻蚀深度的增加，有效模场面积逐渐减小；当刻蚀深度一定时，有效模场面积随着脊宽的增大而略有减小。总结总结太赫兹（THz）波段是指频率范围0.1 THz到10THz之间的电磁波

38、，由于其频谱范围广、光子能量低、信噪比较高等特性，从而具有很高的学术研究以及实际应用价值，是近年来比较热门的研究项目之一。太赫兹（THz）技术的研究与发展，一方面在于如何获取可靠稳定的产生机制与有效的检测方法，另一方面，太赫兹器件的发展也是促使太赫兹（THz）技术不断成熟的主要因素之一。而硫系玻璃具有相对于其他材料来说较高的非线性折射率，其透射性与光敏性较好，是理想的光波导器件材料之一。目前对THz波段的研究项目有很多，但针对THz波段在硫系波导中的传输特性方面研究较少。本文中主要对THz波段在As2S3脊型波导中的传输特性进行了研究。本文首先分析了太赫兹波段的主要特性，接着采用有限元法，通过

39、COMSOL Muitiphysics软件设计出以As2S3为芯层材料的脊型波导模型，并结合MATLAB软件对获得的数据进行后处理，计算分析了不同尺寸下，THz脊型硫系波导有效折射率、群速度色散与有效模场面积的参数。由于时间有限，只对THz波段在As2S3脊波导中最基本的传输特性进行了分析，关于此方面的更多问题还有待解决。致谢致谢首先要感谢我的家人，他们给了我实现人生理想的精神和物质上的帮助。然后我要感谢我的导师邹林儿教授，他帮助我制定了具体的研究方法和计划，并在研究内容上给予了精心的指导，同时在我研究过程中遇到技术难度时，他会耐心的予以无私的帮助。同时我也要感谢我的同学和室友，她们在生活中关

40、心我，帮助我，这份友情值得我去珍惜和回忆。参考文献参考文献1 Leming J W Microwave Theory TechJIEEE Trans1974,22:1023-10252 S Y Li, P Lin, C Y Lee, T Y Tseng, C J HuangJ. Phys. D: Appl. Phys2004,37: 22743 A Bingham, Y Zhao, D GrischkowskyTHz parallel plate photonic waveguidesJApp.Phys.Lctt2005.87:1-34 Goto Masahiro, Quema Alex, T

41、akahashi Hiroshi, et alPlastic photonic crystal fiber as terahertz waveguideJIEEE transactions on Antennas and Propagation2002,46:7239-7240 5 Z G Lu, X C ZhangReal time THz Imaging System Based on Electro-Optic CrystalsJSPIE-Applications of photonic technology1998, 3491:pp.334.6 Q Chen, Zhiping Jiang, G X Xu, et alApplications of Terahertz Time-Domain Measurement on Paper