太赫兹波传输特性研究

论文摘要

本文研究了太赫兹波在几种介质中的传输特性,主要内容包括:1.研究太赫兹波在大气中的传输模型,计算了大气中水汽和氧气对太赫兹波的吸收衰减率,利用Mie理论分析了大气微粒尺寸和复折射率对太赫兹波传输的影响;2.依据金属空芯波导的导光机理,分析了太赫兹波在金属空芯圆波导中传输的主要模式和衰减系数,数值计算了空芯圆波导的镀层金属和波导内半径对衰减系数的影响;3.根据Floquet定理,引出周期结构中的时域有限差分法（FDTD）,推导了周期边界条件以及总场边界的迭代公式,分析计算了太赫兹波在周期性金属方形孔阵列中的传输情况。4.利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）中光学常数的提取原理,分析比较了两种成分类似物质的指纹谱,同时还运用时域有限差分法（FDTD）结合双德拜（Debye）模型研究了太赫兹波在三种色散介质中的传输情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 太赫兹波简介
• 1.2.1 太赫兹波的性质
• 1.2.2 太赫兹波的应用领域
• 1.2.3 太赫兹波的产生
• 1.2.4 太赫兹波的国内外研究概况
• 1.3 时域有限差分法（FDTD）简介
• 1.3.1 FDTD 的离散形式
• 1.3.2 数值稳定性与数值色散性
• 1.3.3 吸收边界条件
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 太赫兹波在大气中的传输
• 2.1 太赫兹波的大气吸收模型
• 2.2 吸收衰减率的数值计算和分析
• 2.3 大气微粒对太赫兹波传输的影响
• 2.3.1 理论模型
• 2.3.2 粒子尺寸对太赫兹波传输的影响
• 2.3.3 粒子复折射率对太赫兹波传输的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 太赫兹波在金属波导中的传输
• 3.1 金属空芯波导的导光机理
• 3.2 金属空芯波导的模式损耗
• 3.2.1 金属空芯圆波导的主要模式
• 3.2.2 空芯圆波导的衰减系数
• 3.3 太赫兹波在空芯波导中的传输
• 3.4 数值计算结果及分析
• 3.4.1 波导镀不同金属对传输的影响
• 3.4.2 波导内半径对传输的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 太赫兹波在方形孔阵列结构中的传输
• 4.1 阵列结构的FDTD 研究
• 4.1.1 Floquet 定理
• 4.1.2 周期边界条件
• 4.1.3 总场边界的设置
• 4.2 金属薄膜上方形孔阵列的太赫兹波透射特性
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 孔尺寸对波传输的影响
• 4.2.3 孔阵列周期对波传输的影响
• 4.2.4 薄膜介电常数对波传输的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 太赫兹波传输特性在物质鉴别中的应用
• 5.1 太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）
• 5.1.1 透射型太赫兹时域光谱系统
• 5.1.2 反射型太赫兹时域光谱系统
• 5.1.3 透射型时域光谱系统提取材料光学常数的原理
• 5.1.4 THz-TDS 应用实例
• 5.2 太赫兹波在色散介质中的传输
• 5.2.1 色散介质中FDTD 理论的推导
• 5.2.2 色散介质中的吸收边界条件
• 5.2.3 德拜（Debye）模型应用实例
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研情况