【摘 要】
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随着太赫兹波在成像、通信、传感等应用领域的发展,太赫兹波的传输问题逐渐引起了人们的广泛关注。相比于在自由空间中的无线传输,太赫兹波在波导内有望实现弯曲、低损耗的稳定传输。在众多太赫兹波导类型中,空芯波导结构简单,易于制备,成本低,应用前景广阔。本论文基于相关理论设计了空芯波导结构,利用不同的聚合物管材料制备出了波导样品,并探索了这些波导对太赫兹波的综合传输性能。基于反谐振理论,设计了可以宽频带传输
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随着太赫兹波在成像、通信、传感等应用领域的发展,太赫兹波的传输问题逐渐引起了人们的广泛关注。相比于在自由空间中的无线传输,太赫兹波在波导内有望实现弯曲、低损耗的稳定传输。在众多太赫兹波导类型中,空芯波导结构简单,易于制备,成本低,应用前景广阔。本论文基于相关理论设计了空芯波导结构,利用不同的聚合物管材料制备出了波导样品,并探索了这些波导对太赫兹波的综合传输性能。基于反谐振理论,设计了可以宽频带传输太赫兹波的介质管空芯波导。利用活塞式可控降液镀膜工艺,制备了不同壁厚的聚碳酸酯(PC)介质管空芯波导。通过工艺调控,将所制备的介质层厚度由传统工艺能达到的上限16μm提高至80μm,并利用红外透射光谱分析证实了介质层具有较高的均匀性。太赫兹时域光谱测试分析表明,所制备的PC介质管空芯波导能够对太赫兹波实现宽频带(1.9 THz)传输。对于金属/介质空芯波导,依据射线模型理论和COMSOL有限元分析,计算了聚丙烯(PP)介质层的厚度优化范围为300-350μm。通过自主探索的聚合物管外镀银工艺,制备了Ag/PP介质空芯波导。太赫兹时域光谱测试分析表明,波导的低损耗传输窗口位于频率300 GHz附近。利用300 GHz强太赫兹源,测得该频率下的直线传输损耗为1.05 d B/m,在270°弯曲时(弯曲半径15 cm)的传输损耗为1.34 d B/m,传输损耗同弯曲角度成线性关系。在金属镀层空芯波导研究方面,基于趋肤深度理论,计算了金属镀层需满足的最小厚度。采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)聚合物管作为波导结构管,通过管内镀银工艺,制备了内直径分别为2.3 mm、3.2 mm和4.2 mm的ABS/Ag镀层空芯波导。对样品Ag镀层的微观形貌分析证实了其厚度值达到了理论设计要求。通过传输性能测试分析表明,3种尺寸的波导均能对300 GHz太赫兹波实现可弯曲、低损耗传输。其中内直径为3.2 mm的波导,在300 GHz下的直线传输损耗为1.02 d B/m,在150°弯曲时(弯曲半径10 cm)的传输损耗为1.56 d B/m。
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