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太赫兹频段是一个非常有科学价值的电磁波频段,它的研究涉及物理学、光电子学、材料学等多个领域。它在信息科学、天文学、医学、环境科学、国防科学等领域都有广阔的应用前景和应用价值。太赫兹的应用,除了太赫兹辐射源、太赫兹传输器件、太赫兹探测器等关键器件之外,还必须解决太赫兹辐射源和太赫兹传输器件之间的耦合问题。
目前通用的太赫兹辐射源,是基于非线性晶体的光学参量振荡器和太赫兹量子级联激光器,它们产生太赫兹辐射源场分布是椭圆型,而太赫兹光子晶体波导中的模场是准高斯型,基本是圆的,这两种模场直接耦合的话,由模式不匹配引起的损耗,是影响耦合效率的主要原因。
本文根据太赫兹辐射源与太赫兹光子晶体波导的耦合模型,分析了太赫兹辐射源与太赫兹光子晶体波导的耦合问题。锥形球透镜在耦合系统中有改善相位匹配的作用。椭圆芯梯度折射率波导,由于自聚焦效应和模场转换功能,将其用在耦合系统中,可以减少由于模场不匹配引起的耦合损耗。本文将二者结合,设计了一种聚合物锥形透镜加聚合物椭圆芯梯度折射率波导的耦合系统,实现太赫兹辐射源和太赫兹光子晶体波导的耦合,该模型可以大大提高耦合效率。设计此耦合装置时,提出一种新的设计梯度折射率波导尺寸的方法,利用这种方法,可以更快更好的找到梯度折射率波导的最佳尺寸。通过FV-BPM仿真分析本文所设计的装置,太赫兹辐射源和太赫兹光子晶体波导的耦合损耗最低在1dB左右,横向以及角向的耦合容差比较好,灵活性也比较好。