新型光子晶体THz波导：低损耗与带隙效应

"胡婕陈鹤鸣发表在《南京邮电大学光电工程学院光通信研究所》的科研文章，探讨了光子晶体太赫兹波导的损耗特性，文章中提到新型波导结构由硅介质包层（含三角形格子排列的空气孔）和聚乙烯（PE）纤芯构成。通过平面波法（PWM）分析了带隙结构，并用频域有限差分法（FDFD）计算了不同参数下的损耗。研究发现，适当调整空气填充率、孔间距和周期结构层数可以降低泄漏损耗，最佳条件下损耗可低至1.5 dB/km。" 文章深入研究了光子晶体在太赫兹通信领域的应用，特别是在设计一种新型的光子晶体太赫兹波导方面。该波导的独特之处在于其包层由硅材料构成，内含按三角形格子规律分布的空气孔，而纤芯则采用有机材料聚乙烯。这种结构旨在利用光子带隙（PBG）效应来有效地传输太赫兹波。 首先，文章运用平面波法（PWM）对波导的带隙结构进行了理论分析。平面波法是一种常用的光学模拟方法，它通过考虑波动传播的平面波成分来研究光在材料中的传播特性。在此过程中，研究人员考察了空气填充率变化如何影响光子带隙的形成和分布，这对于理解和优化波导性能至关重要。 其次，为了更准确地评估实际工作条件下的损耗特性，作者采用了频域有限差分法（FDFD）。FDFD是数值计算电磁场的一种强大工具，特别适用于处理具有复杂结构的问题，如光子晶体。通过对不同参数（如空气填充率、孔间距和周期结构层数）的系统性研究，他们找到了降低波导泄漏损耗的策略。 研究结果显示，当选择较高的空气填充率、较大的孔间距以及更多的周期结构层时，可以显著减少太赫兹波在传播过程中的能量损失。最优设计下，波导的损耗可以达到非常低的1.5 dB/km，这在太赫兹通信领域是非常理想的，意味着信息传输效率高且能量损失小。 关键词涵盖了光电子学、太赫兹波导、带隙效应、泄漏损耗、平面波法和频域有限差分法，强调了这些概念在光子晶体太赫兹波导设计中的核心作用。该研究对于理解光子晶体的损耗特性和优化太赫兹通信系统的性能提供了重要的理论基础和技术参考。