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低维系统太赫兹拓扑光子结构及特性研究

低维系统太赫兹拓扑光子结构及特性研究

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作者：周翔南昌大学

学位级别：硕士

太赫兹(THz)技术具有实现超高速数据传输的潜力,在图像传输、无线通信、传感器网络等方面有广泛的应用。尤其是,这些应用场景与sixth-generation(6G)系统相契合,由此,THz技术的发展有望为6G通信的实现和进步提供新的机遇。通信系统的发... 详细信息

太赫兹(THz)技术具有实现超高速数据传输的潜力,在图像传输、无线通信、传感器网络等方面有广泛的应用。尤其是,这些应用场景与sixth-generation(6G)系统相契合,由此,THz技术的发展有望为6G通信的实现和进步提供新的机遇。通信系统的发展离不开光波传导技术的进步,而将大量的光学器件集成在波导芯片上,需要整体结构具备一定稳健性。近年来,研究人员发现光子拓扑绝缘体在边界或缺陷处可以产生拓扑保护的边缘态,能够稳定有效地引导光子传输。不过,THz波导结构中的传输损耗以及波导器件的尺寸仍存在挑战。相较而言,人工表面等离激化激元(SSPPs)可实现器件的小型化、集成化及提高器件品质因子。将SSPPs、光子拓扑绝缘体与THz技术结合,将会有效助力下一代通信系统发展。本文围绕低维系统THz SSPPs拓扑光子结构及特性展开研究,构建一维、二维人工表面等离子体晶体(SSPCs)结构,基于理论计算及模拟仿真,对其特性进行分析。主要研究内容如下:1、基于一维Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型,设计了一维拓扑SSPCs结构。通过改变纯金属中空气孔的相对位置,实现结构的拓扑相变,研究模型的能带结构及边界态性质,对结构进行优化,探讨一维有基底的SSPCs结构的拓扑界面态性质。2、基于二维Kagome蜂窝模型,设计了二维光子SSPCs结构,对原胞中金属柱的相对位置进行调整,打破结构的空间反转对称性,得到具有拓扑平凡和非平凡的结构,以此构建不同的复合结构及不同传输路径的波导,进一步验证结构的边界态、角态以及鲁棒传输性质。此外,设计了镜面对称性破缺的二维谷霍尔拓扑SSPCs结构,通过对光子晶体整体旋转,构建了两种不同拓扑相的结构,对其能带特征和边界态性质进行了分析,并进一步验证了拓扑正负折射现象。

关键词：太赫兹光子拓扑绝缘体人工表面等离极化激元拓扑相变

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基于表面等离激元的传输特性研究

基于表面等离激元的传输特性研究

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作者：史聪聪桂林电子科技大学

学位级别：硕士

表面等离极化激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）是一种沿着金属-介质分界面传播的电磁波。本文通过对金属电磁学中SPP的研究,分析了其传播特性和现象,并设计了 SPP传输器件,主要内容如下:（1）设计了一种基于磷烯SPP的增强光透射... 详细信息

表面等离极化激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）是一种沿着金属-介质分界面传播的电磁波。本文通过对金属电磁学中SPP的研究,分析了其传播特性和现象,并设计了 SPP传输器件,主要内容如下:（1）设计了一种基于磷烯SPP的增强光透射的亚波长结构。首先研究了单层磷烯的电导率及其支持的SPP的特性,基于此提出了一种类三明治结构,上层为金纳米光栅,中间是磷烯薄膜,底部是硅基底。金纳米光栅辅助激发磷烯SPP,通过详细的实验设计和分析,深入研究了磷烯SPP增强光透射的机理,并分析了该结构的透射光谱和稳态电场,结果证明磷烯SPP的传播能够耦合更多的光,实现了宽频光增强透射。（2）提出了一种基于狄拉克半金属（Bulk-Dirac-Semimetal,BDS）的混合等离子体波导。首先研究了 BDS的电磁特性,根据模式求解理论得到BDS薄膜支持的SPP模式,然而BDS SPP的辐射损耗较大,不能有效地局限在分界面。通过设计一种太赫兹频率的基于BDS的混合等离子体波导,实现了 BDS SPP模式与介质波导模式的有效耦合,减小了 BDS SPP的辐射损耗。与传统结构的混合等离子体波导相比,该波导模式面积更小、传播长度更长。通过调整结构参数和BDS费米能级,该波导在3 THz的工作频率下,最小模式面积为2μm2,最大传播长度为～105μm。（3）基于人工表面等离极化激元（Spoof Surface Plasmon Polariton,SSPP）理论,设计了一款带阻滤波器。该滤波器由共面波导（Coplanar Waveguide,CPW）与SSPP传输线组合而成,通过在SSPP传输线中引入缺陷单元与CPW耦合形成阻带,并且通过控制缺陷单元的长度可以灵活地调节阻带的频率。模拟结果表明:阻带的频率范围为6.5～7.3 GHz,阻带带宽为0.8 GHz,品质因数Q=8.6。通带插损小于3 dB,通带反射基本小于-10 dB,阻带抑制小于-23 dB。

关键词：表面等离极化激元人工表面等离极化激元奇异光传输混合等离子体波导带阻滤波器

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