太赫兹波段类光学器件的设计及实验观测与特性仿真

论文摘要

太赫兹波因其独特的优势,在各研究领域备受关注,而太赫兹波段类光学器件作为太赫兹科学技术发展的核心器件,具有突出的实际应用价值。本文主要利用三维电磁场仿真软件CST（Computer Simulation Technology）对太赫兹波段类光学器件的光学特性进行了仿真,并利用3D打印技术制备了凹透镜、螺旋相位球（SPS,Spiral Phase Sphere）等太赫兹波段类光学器件的模型,进行实验观测。证明了3D打印技术在制作太赫兹波段类光学器件方面有很好的应用前景。本文具体的研究内容包括以下几个方面。（1）首先对三维电磁场仿真软件CST进行了简单的介绍,并通过MATLAB控制CST的方法仿真复杂目标的太赫兹雷达散射截面（RCS,Radar Cross Section）来验证采用该方法进行三维电磁场仿真的有效性、正确性、高效性和便利性。并对3D打印技术的基本原理进行了说明,为3D打印技术制备太赫兹波段类的光学器件提供了可能。（2）利用3D打印技术制备了双凹透镜,将其用于扩束准直系统设计中,通过CST仿真了0.1 THz连续波的扩束准直系统的光学特性,并对此套光学系统进行了实验观测,对比仿真和实验结果发现该扩束准直系统具有良好的扩束准直效果。（3）从用于产生涡旋波束的螺旋相位球的设计原理出发,利用MATLAB-CST联合仿真的方法设计了携带有不同拓扑荷值的太赫兹波段类的螺旋相位球并进行三维电磁场仿真,验证了该光学器件可以用来产生太赫兹涡旋波束。并利用3D打印技术制备了带有不同拓扑荷值的螺旋相位球,对拓扑荷值为1的螺旋相位球进行了实验观测。（4）对已优化的0.65 THz工作的硅基带棒扇形贴片天线进行了特性仿真分析,介绍了太赫兹波段类的透镜理论知识,以3D打印材料VeroWhite材料为介质透镜的材料来设计优化扩展半球透镜,对0.65 THz带棒扇形透镜贴片集成天线进行仿真特性分析,通过仿真优化扩展半球透镜的半径和扩展长度,使天线具有更佳的辐射特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 太赫兹波简介
•   1.2 三维电磁场仿真软件CST介绍
•   1.3 三维打印技术及其基本原理
•   1.4 本文主要工作
• 2 基于太赫兹折射型器件的扩束准直系统
•   2.1 太赫兹凹透镜的制备
•   2.2 太赫兹扩束准直系统设计
•   2.3 0.1 THz扩束准直系统的实现与实验观测
•   2.4 本章小结
• 3 基于螺旋相位球产生太赫兹涡旋波束的特性仿真与实验观测
•   3.1 涡旋光束的基本原理
•   3.2 太赫兹螺旋相位球的设计
•   3.3 螺旋相位球产生太赫兹涡旋波束特性仿真
•   3.4 实验测量
•   3.5 本章小结
• 4 太赫兹透镜贴片集成天线的设计及仿真特性
•   4.1 硅基带棒扇形贴片天线
•   4.2 介质透镜
•   4.3 0.65 THz带棒扇形透镜贴片集成天线设计及特性仿真
•   4.4 本章小结
• 5 总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张玉立

导师: 刘劲松

关键词: 太赫兹波,打印技术,凹透镜,涡旋波束,螺旋相位球,扩展半球透镜

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: O441.4;TN256

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.001269

总页数: 68

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