基于交替隐式束传播法研究聚合物电光调制器中THz波传输

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lillian0606
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近年来随着THz在等离子体物理学、生物医学工程、光谱成像技术、信息科学技术、材料科学等多个前沿焦热点领域的长足发展,人们对太赫兹辐射调制的需求越加迫切。目前对THz辐射的调制主要通过对辐射源内部天线进行调制和利用外部THz调制器两种方式来实现。虽然目前的THz调制器的种类较多,而且各自的优点显著,但是目前尚未找到一种能同时实现高速、宽频、高效率、低损耗的THz波调制器件。聚合物电光调制器具有高调制速率、低插入损耗、高消光比、无啁啾以及容易制作等优势,已经被广泛应用于微波通讯等领域。目前人们已经找到一些在THz波段低吸收的聚合物,为在THz波段设计聚合物波导及Mache-Zehnder型聚合物电光调制器提供了物质基础。影响Mache-Zehnder型聚合物电光调制器性能的两个关键部分是:THz波段聚合物波导结构和电光调制器电极结构。针对以上两方面,本文采用有效折射率法和交替方式隐式全矢量束传播法对THz波在不同形状波导中传输特性进行了数值模拟,设计了调制电极结构,计算了Mache-Zehnder型聚合物电光调制器调制深度。文章首先从Maxwell方程组出发,介绍了在慢变包络近似的条件下引出了全矢量束传播法的基本方程,然后使介绍了通过交替隐式(ADI)算法对方程中混合偏导项进行处理,并结合光场在折射率相异分界面的连续性判定条件得到离散后的差分方程,针对不同截面形状的波导建立计算模型,使用透明边界条件处理边界计算节点,计算了脊型和梯形聚合物波导中全矢量本征模式的传播特性,讨论了波导结构参数对传输常数的影响。其次,使用基于交替隐式算法的全矢量束传播法模拟了THz波在M-Z型聚合物波导中的传输特性,重点讨论了不同Y分支角下THz波的传输损耗情况。为了确保Mach-Zehnder电光调制器工作在线性工作区,设计了路径非对称以及折射率非对称两种光学偏置结构,并对两种结构下THz波的传输特性进行数值模拟,分析比较了二种结构的优劣。最后,对Mach-Zehnder电光调制器的行波系统进行了数值模拟计算,讨论了微带线电极与共面电极结构与性能特点,给出了满足50阻抗匹配条件下三种电极的调制带宽、微波相速,微波等效折射率、极间电容以及电势分布图。
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