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在当今信息大爆炸的社会中,数据通信业务对带宽的需求日益增长,300GHz以下的无线频谱资源已经耗尽,而THz波(100GHz~10THz)是频谱上的最后一段空白,将其应用于未来的无线通信领域,以解决高速率、超宽带无线接入问题是必然的趋势。THz波调制器作为THz通信系统中关键的一环,引起了国内外学者的广泛研究。同时,可调谐光子晶体作为一种新兴材料,被广泛的用于制作光通信系统中的调制器、光开关、滤波器等各种功能器件。光子晶体技术和THz波技术的相结合为设计出一种TH2:波调制器提供了新的思路。开展对THz波调制器的研究,可以促进THz通信技术的发展。
本文首先介绍了可调谐光子晶体对THz波实现通、断调制的机理,将基于光子晶体的THz波调制器分为带隙迁移型和缺陷模迁移型两类。然后设计并讨论了三种用于实现THz波调制器的光子晶体结构,通过时域有限差分法仿真计算,分别得到其透射谱。比较上述三种结构发现,基于点、线缺陷组合的光子晶体结构在调制性能上更为优秀。在完成对调制器结构设计的基础上,通过引入5CB液晶作为可调谐物质,设计了带隙迁移型和缺陷模迁移型两种基于液晶光子晶体的电控THz波调制器。仿真分析了这两种调制器的带隙和透射谱,并从调制深度、调制速率、驱动电压、稳态模场能量分布、后向反射以及牵引点的参数优化等方面详细讨论了调制器的性能。为了进一步提高调制器的调制速率,本文又设计了一种基于非线性光子晶体的THz波调制器,通过引入响应时间极短的非线性有机聚合物一聚苯胺,实现了对THz波的快速、光控调制。仿真结果表明,这种基于非线性光子晶体的调制器,调制速率可达2.5GHz、调制深度20.3dB、插入损耗1.02dB。最后,结合此光子晶体THz波调制器的特性,讨论了其在未来THz波无线通信系统中的应用前景。