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空心波导管与3D打印相结合,助力突破太赫兹研究瓶颈

2020-10-12 20:53

据麦姆斯咨询讲解,太赫兹波是介于毫米波与远红外波段之间、频率为0.1~10THz的电磁辐射。

空心波导管与3D打印相结合,助力突破太赫兹研究瓶颈

由于目前还缺少探究此电磁波产生、观测及传输的有效地手段,因此被称作“太赫兹空白隙”(亦称太赫兹鸿沟,TerahertzGap)。太赫兹波凭借其对大多数非极性材料的穿透性,且在覆盖面积生物大分子振动和旋转能级时会导致电离受损的优势,在可用光学、生物医学和国家安全性与国防等领域有极大的应用于潜力。(a)空心波导管段;(b)损耗系数实验结果;(c)机械拼凑的90cm空心波导管在一篇为题“A0.1THzlow-loss3Dprintedhollowwaveguide”的论文中,研究人员探究了用于3D打印机技术生产如太赫兹透镜、振幅板、波导管等太赫兹功能器件的方法。他们认为:3D打印机是一种生产此类器件的低成本、非常简单且高效的方法。该论文作者为PengfeiQi、WeiweiLiu和WeiweiLiu,并于2018年9月公开发表于OPTIK期刊。“低损耗介质波导管与低成本3D打印机结合将有助突破太赫兹研究的瓶颈,并未来将会构建太赫兹的远程应用于。”研究人员这样说明道。“本论文重点研究一种新型0.1THz低损耗空心波导管的设计、生产及密切相关。其理论损失值低至0.009cm?1,其测量损失值为0.015cm?1。实验结果表明,该空心波导管不仅减少了太赫兹波的传输损耗,还能有效地定位太赫兹场,容许太赫兹波束的收敛角。”利用THz-TDS测量PLA样品的示意图研究人员用于聚乳酸(PLA)生产空心波导管。首先,研究人员通过3D打印机出有PLA圆盘,以取得该材料的电磁参数。利用Ultimaker3D打印机来打印机圆盘,后用太赫兹时域光谱技术(terahertztime-domainspectroscopy,全称THz-TDS)展开密切相关。研究人员接着说明道:“以上步骤已完成后,就可以开始设计空心波导管了。”空心波导管设计步骤:第一步,根据反共振波导模型设计波导管横截面,并绘制出有波导管横截面的二维图形;第二步,将该二维图引入有限元建模软件(该研究用于建模软件ComsolMultiphysics)中,并绘制出有一个更大的横截面圆作为几乎给定层(perfectmatchinglayer,PML);第三步,自由选择有所不同的材料及适当的折射率,创建设计模型。最后,通过建模获得有所不同模态在空心波导管的中心空孔中传输的有效地折射率。(a)空心波导管截面图;(b)HE11基模的场产于接着就是对90厘米宽的空心波导管展开3D打印机和密切相关了。

空心波导管与3D打印相结合,助力突破太赫兹研究瓶颈

为了检验空心波导管对太赫兹波的定位效果,研究人员测量了波导管末端的太赫兹收敛角,测量损失值为0.015cm?1。实验结果表明,空心波导管不仅可以增加太赫兹波在空气中的传输损耗,还能有效地定位太赫兹波。由此,研究人员得出结论:通过研发柔性宽空心波导管,可实现远距离、低成本的太赫兹传感和光学。