人类进行通信的历史已很悠久。早在远古时期,人们就通过简单的语言、壁画等方式交换信息。到了近现代,借助科学技术的不断改革与进步,通信技术也得以迅猛发展。但是随着生产的发展,大规模改造自然的需要以及人们生产和生活的日益社会化和国际话,所需要传递的信息数量几乎每周,每月都呈现创纪录的天文数字。现在已建立的有线和无线通信系统在通信容量和通信效率方面正日益显露出局限性。THz波介于微波与远红外光之间,处于电子学向光子学的过渡领域,它集微波通信与光通信的优点于一体,同时在传输等方面也表现出独有的特性。THz技术可广泛应用于雷达、遥感、国土安全与反恐、高保密的数据通讯与传输、大气与环境监测、实时生物信息提取以及医学诊断等领域。因此,THz研究对国民经济和国家安全有重大的应用价值。同时,由于太赫兹频段属于空白频段,现在没有分配执照,可望提供固网和移动网的高服务质量(QoS)宽带多媒体10Gb/s左右的无线业务。电子学和光子学的发展,极大地促进了数据处理和传输能力。随着科学技术的发展,高度集成化成为主流的发展方向。传统介质集成光学器件由于衍射极限的限制,在小型化、集成化方面遇到瓶颈。表面等离子体是强烈束缚在金属和电介质材料界面上的一种特殊的电磁场形式。表面等离子体波导有着在亚波长尺度内对光的传导能力。通过适当的波导结构设计,就可以突破衍射极限的限制。因此,人们开始关注表面等离子波及其器件,希望能够在微纳米级的器件和光回路中得到广泛应用。本文主要内容和创新点如下:1.详细介绍了国内外太赫兹通信的研究情况;以太赫兹通信系统的整体框架,介绍和分析了太赫兹通信的一些关键技术和最新研究成果;对太赫兹的技术发展趋势和应用前景做了展望。2.从麦克斯韦方程出发,介绍了表面等离子激元共振基本原理,特性以及激发方式。3.在传统狭缝等离子波导的基础上提出了异质双圆柱形纳米线等离子波导的结构设计。该结构主体由GaAs以及Ag纳米线组成,通过结构参数的调整,最小可以将波导中的传输模限制在只有衍射极限1/600大小的模场面积中。与此同时,通过结构尺寸的调整我们可以使传输距离增加到mm的范围内。4.通过在金属槽型等离子波导中引入高折射率介质材料,可将传输模能量耦合限制在高折射率材料中,以减少金属损耗。该波导结构设计可将槽型波导所支持的传输距离延长2倍,并且通过调整结构上方涂层折射率可以实现对传输距离的控制。5.利用麦理论讨论了纳米金属颗粒以及纳米金属壳颗粒的表面等离子光学特性,结合等离子增益补偿原理,提出了具有增益补偿的的金纳米壳等离子激光颗粒的设计,分别对比分析了在包层以及同时在包层和芯中加入增益介质的情况,发现在壳两侧的包层及芯中同时加入增益介质更有利于受激辐射的产生。同时通过调整结构参数,其工作波长可实现在600nm-1000nm区间可调。
