类LHM新型慢光波导的研究

左手介质（LHM）慢光波导相对于其它慢光结构具有结构简单、易耦合、频率设计灵活等独特的优点，因此具有极广阔的应用前景，但其结构制备极为困难。本项目提出了可以实现LHM波导慢光特性,由半导体介质填充的金属波导结构构成的"类LHM慢光波导"，利用单面镀金属的薄介质层反射结构来代替制备困难的LHM材料，使类LHM慢光波导成为制备容易的慢光结构。本项目将在太赫兹波段内对类LHM慢光波导进行研究：建立半导体填充金属波导中慢光特性的理论分析模型；研究慢光在非均匀结构中的耦合、局部能量增强等机制；对慢光波导结构进行优化设计以及制备与测试；分析慢光结构的温控和光控调制性能，研制可用于高性能太赫兹波调制器的慢光结构。本项目的工作对推进慢光结构的研究以及在传感器、调制器及小型化器件等高性能器件开发，促进太赫兹波技术的发展具有重要的意义。

慢光结构是指光或电磁波在其内以远小于真空光速的群速度传播的结构。本项目通过理论分析和实验研究了在太赫兹波段基于简单结构的慢光结构特性以及相关应用。...理论分析研究了各种截面的半导体填充金属波导的慢光导模特性以及产生机理，分析不同对称性结构的导模特性，发现慢光导模容易在由混合模式中出现，当其两混合的独立模式色散曲线往往存在交叉时，由于两模式的耦合导致混合模式在两模式特性在交叉点附近时发生跳变从而产生慢波模式，其物理特性类似于电路中LC并联谐振回路，当感性回路与容性回路满足共振条件时产生其振现象。我们同时也对多模金属太赫兹波慢光波导进行实验制备研究。...研究分析了非均匀普通介质金属慢光波导的慢光导模耦合特性，我们的数值计算分析表明 10倍波长长度的线性渐变过渡结构足以实现普通导模与慢光模式之间的高效耦合，考虑实际损耗下其实际慢光模式场能量约有 20倍的增强。虽与普通共振腔的增强相比并不理想，但由于其不同频率的太赫兹波能在不同波导部位聚集的所谓彩虹现象，并设计成一种高效的太赫兹波分频器件。...在慢光结构段引入共振腔结构能制备出 Q 值超过 1000 的低成本太赫兹波共振腔，利用其高 Q 值研究实现窄带滤波器。其中心频率随其机械结构参数的改变而改变，我们提出了一种高 Q 值的窄带可调谐太赫兹波滤波器，其调制速度小于 0.5 秒，频带带宽小于 1G，最窄可达 100MHz，通过合适选择参数其透过率可达 0.7 以上。我们同时研究利用这种太赫兹波高 Q 腔结构研究实现太赫兹波传感器，应用于高灵敏药物分子结构检测以及气体检测。...组建太赫兹器件的测试平台以及耦合器件的制备。由于我们现有基于BWO太赫兹系统对于小尺寸太赫兹波导的耦合效率极低，其耦合系数低于 1.0%，导致器件的测量无法实现。我们对连续太赫兹波系统进行了优化，优化设计研究实验制备了太赫兹波导耦合器，其耦合效率大为提高，单口耦合入普通波导的能量约在15%左右。