專利名稱：跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分束器，尤其涉及一種跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展、國際競爭的加劇以及社會信息化進程不斷加快，各種各樣的新技術(shù)、新思想大量涌現(xiàn)出來，太赫茲波技術(shù)便是其中之一。太赫茲(Terahertz, THz)通常是指頻率在O. ITHz IOTHz的電磁波。它的長波段與毫米波(亞毫米波)相重合，其發(fā)展主要依靠電子學(xué)技術(shù)；而它的短波段與紅外線相重合，其發(fā)展主要依靠光子學(xué)技術(shù)，可見太赫茲波是宏觀電子學(xué)向微觀光子學(xué)過渡的頻段，在電磁波頻譜中占有很特殊的位置。它有很多優(yōu)越的特性，有非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值，使得THz受到全世界各國政府的支持，并給予極大的關(guān)注。由于太赫茲波的頻率很高，所以其空間分辨率也很高；又由于它的脈沖很短，所以具有很高的時間分辨率。由此，太赫茲成像技術(shù)和太赫茲波譜技術(shù)構(gòu)成了太赫茲應(yīng)用的兩個主要關(guān)鍵技術(shù)。太赫茲的獨特性能給環(huán)境探測、生物醫(yī)學(xué)、通信等領(lǐng)域帶來深遠的影響。例如，THz技術(shù)能夠?qū)腆w、氣體、液體及火焰等介質(zhì)的電學(xué)、聲學(xué)性質(zhì)及化學(xué)成分進行研究?？蒲腥藛T可利用THz穿透煙霧來檢測出大氣中的有毒或有害分子，因此可用于環(huán)境的污染檢測。生物體對THz波具有獨特的響應(yīng)，而且很多生物大分子如DNA分子的旋轉(zhuǎn)及振動能級多處于THz波段，所以THz在蛋白質(zhì)等生物大分子無標(biāo)志識別應(yīng)用中有著舉足輕重的作用。由于THz具有類似X射線的穿透能力，且其光子能量小，不會引起生物組織的光離化，所以在生物醫(yī)學(xué)成像方面非常安全，適合于生物醫(yī)學(xué)成像。除了生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，太赫茲技術(shù)在高帶寬無線通信系統(tǒng)方面也有其廣闊的應(yīng)用前景。太赫茲波技術(shù)的應(yīng)用離不開太赫茲波功能器件的保障。但現(xiàn)有的太赫茲波功能器件往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、不易于集成并且價格昂貴，因此小型化、低成本的太赫茲器件成為太赫茲波應(yīng)用的關(guān)鍵。太赫茲波偏振分束器是一種非常重要的太赫茲波功能器件，應(yīng)用在太赫茲波系統(tǒng)中，實現(xiàn)對太赫茲波的偏振分束控制。目前國內(nèi)外很多科研機構(gòu)都致力于這方面的研究，但相關(guān)的研究報道很少，因此有必要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于集成、分束效率高的太赫茲偏振分束器來滿足未來太赫茲波技術(shù)應(yīng)用的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)分束率較低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實際制作過程困難，難以集成的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、高分束率的跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器包括太赫茲波輸入端、第一信號輸出端、第二信號輸出端、基體、左側(cè)η形波導(dǎo)、中間耦合區(qū)域、右側(cè)螺旋形波導(dǎo)；基體上設(shè)有左側(cè)η形波導(dǎo)、中間耦合區(qū)域、右側(cè)螺旋形波導(dǎo)，左側(cè)η形波導(dǎo)為上下對稱結(jié)構(gòu)，左側(cè)η形波導(dǎo)包括順次連接L形波導(dǎo)、半圓環(huán)波導(dǎo)和倒L形波導(dǎo)，L形波導(dǎo)由上側(cè)縱向波導(dǎo)、上側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)、上·側(cè)橫向波導(dǎo)依次連接而成，倒L形波導(dǎo)由下側(cè)縱向波導(dǎo)、下側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)、下側(cè)橫向波導(dǎo)依次連接而成，中間耦合區(qū)域由上下左右對稱的四個跑道形結(jié)構(gòu)組成，其中兩個跑道形結(jié)構(gòu)縱向排列在中間耦合區(qū)域的中間位置，余下的兩個跑道形結(jié)構(gòu)分別橫向排列在中間位置的上、下兩側(cè)，跑道形結(jié)構(gòu)由外側(cè)的跑道形波導(dǎo)和內(nèi)側(cè)的跑道形柱體組成，右側(cè)螺旋形波導(dǎo)由從右到左順次排列的第二縱向波導(dǎo)、第二四分之一圓弧波導(dǎo)、第二橫向波導(dǎo)、第二半圓環(huán)波導(dǎo)、四分之三圓弧波導(dǎo)連接而成，第二半圓環(huán)波導(dǎo)和四分之三圓弧波導(dǎo)組成一個向內(nèi)螺旋的結(jié)構(gòu)；太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入，TM波直接經(jīng)左側(cè)η形波導(dǎo)從第一信號輸出端輸出，通過中間耦合區(qū)域的耦合作用，TE波從第二信號輸出端輸出，獲得偏振分束的功倉泛。所述的基體的材料為二氧化娃，長度為2900 μ πΓ3000 μ m,寬 度為1880 μ πΓ2000 μ m，厚度為300 μ πΓ400 μ m。所述的波導(dǎo)的材料 為硅，寬度均為50 μ πΓ80 μ m,厚度均為30 μ πΓ40 μ m。所述的左側(cè)η形波導(dǎo)的上側(cè)縱向波導(dǎo)長度為400 μ πΓ500 μ m,上側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)的外圓半徑rl為100 μ πΓ 20 μ m,上側(cè)橫向波導(dǎo)長度為300 μ πΓ400 μ m,半圓環(huán)波導(dǎo)的外圓半徑r2為400 μ πΓ450 μ m。所述的中間稱合區(qū)域與左側(cè)η形波導(dǎo)和右側(cè)螺旋形波導(dǎo)之間的距離均為20 μ πΓ30 μ m ;中間耦合區(qū)域中兩個縱向排列的跑道形結(jié)構(gòu)間隔距離為 ο μ πΓ20 μ m,上、下兩側(cè)橫向排列的跑道形結(jié)構(gòu)與兩個縱向排列的跑道形結(jié)構(gòu)之間的距離均為20μπΓ30μπ 。所述的跑道形波導(dǎo)的外圓半徑為200 μ πΓ250 μ m,跑道形波導(dǎo)的橫向直線形波導(dǎo)長為300 μ πΓ400 μ m ;所述的跑道形柱體長度為560 μ πΓ580 μ m,寬度為140 μ πΓ 60 μ m。所述的右側(cè)螺旋形波導(dǎo)的第二縱向波導(dǎo)的長度為1040 μ πΓ ΙΟΟ μ m,第二四分之一圓弧波導(dǎo)的外圓半徑r3為300 μ πΓ350 μ m,第二橫向波導(dǎo)的長度為300 μ πΓ400 μ m,第二半圓環(huán)波導(dǎo)的外圓半徑r4為400 μ πΓ450 μ m,四分之三圓弧波導(dǎo)的外圓半徑r5為250 μ m^300 μ m。本發(fā)明的跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、尺寸小、分束率高、便于制作、易于集成等優(yōu)點。滿足在醫(yī)學(xué)檢測、無損探測、太赫茲波成像等領(lǐng)域的需求。


圖I是跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器結(jié)構(gòu)示意 圖2是右側(cè)螺旋形波導(dǎo)的組成結(jié)構(gòu)示意 圖3是跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器尺寸標(biāo)注示意 圖4是第一信號輸出端的TM波、TE波傳輸曲線；
圖5是第二信號輸出端的TE波、TM波傳輸曲線。
具體實施例方式如圖f 3所示，跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器包括太赫茲波輸入端I、第一信號輸出端2、第二信號輸出端3、基體4、左側(cè)η形波導(dǎo)5、中間耦合區(qū)域6、右側(cè)螺旋形波導(dǎo)7 ;基體4上設(shè)有左側(cè)η形波導(dǎo)5、中間耦合區(qū)域6、右側(cè)螺旋形波導(dǎo)7，左側(cè)η形波導(dǎo)5為上下對稱結(jié)構(gòu)，左側(cè)η形波導(dǎo)5包括順次連接L形波導(dǎo)、半圓環(huán)波導(dǎo)和倒L形波導(dǎo)，L形波導(dǎo)由上側(cè)縱向波導(dǎo)、上側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)、上側(cè)橫向波導(dǎo)依次連接而成，倒L形波導(dǎo)由下側(cè)縱向波導(dǎo)、下側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)、下側(cè)橫向波導(dǎo)依次連接而成，中間耦合區(qū)域6由上下左右對稱的四個跑道形結(jié)構(gòu)8組成，其中兩個跑道形結(jié)構(gòu)8縱向排列在中間耦合區(qū)域6的中間位置，余下的兩個跑道形結(jié)構(gòu)8分別橫向排列在中間位置的上、下兩側(cè)，跑道形結(jié)構(gòu)8由外側(cè)的跑道形波導(dǎo)9和內(nèi)側(cè)的跑道形柱體10組成，右側(cè)螺旋形波導(dǎo)7由從右到左順次排列的第二縱向波導(dǎo)11、第二四分之一圓弧波導(dǎo)12、第二橫向波導(dǎo)13、第二半圓環(huán)波導(dǎo)14、四分之三圓弧波導(dǎo)15連接而成，第二半圓環(huán)波導(dǎo)14和四分之三圓弧波導(dǎo)15組成一個向內(nèi)螺旋的結(jié)構(gòu)；太赫茲波從太赫茲波輸入端I輸入，TM波直接經(jīng)左側(cè)η形波導(dǎo)5從第一信號輸出端2輸出，通過中間耦合區(qū)域6的耦合作用，TE波從第二信號輸出端3輸出，獲得偏振分束的功能。所述的基體4的材料為二氧化娃，長度為2900 μ πΓ3000 μ m,寬度為1880 μ πΓ2000 μ m，厚度為300 μ πΓ400 μ m。所述的波導(dǎo)的材料為硅，寬度均為50 μ ηι^δΟ μ m,厚度均為30 μ πΓ40 μ m。所述的左側(cè)η形波導(dǎo)5的上側(cè)縱向波導(dǎo)長度為400 μ πΓ500 μ m,上側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)的外圓半徑rl為100 μ πΓ 20 μ m,上側(cè)橫向波導(dǎo)長度為300 μ πΓ400 μ m,半圓環(huán)波導(dǎo)的外圓半徑r2為400 μ πΓ450 μ m。所述的中間稱合區(qū)域6與左側(cè)η形波導(dǎo)5和右側(cè)螺旋形波導(dǎo)7之間的距離均為20 μ πΓ30 μ m ;中間耦合區(qū)域6中兩個縱向排列的跑道形結(jié)構(gòu)8間隔距離為10 μ πΓ20 μ m，上、下兩側(cè)橫向排列的跑道形結(jié)構(gòu)8與兩個縱向排列的跑道形結(jié)構(gòu)8之間的距離均為20 μ πΓ30 μ m。所述的跑道形波導(dǎo)9的外圓半徑為200 μ πΓ250 μ m,跑道形波導(dǎo)9的橫向直線形波導(dǎo)長為300 μ πΓ400 μ m ;所述的跑道形柱體10長度為560 μ πΓ580 μ m,寬度為140 μ πΓ 60 μ m。所述的右側(cè)螺旋形波導(dǎo)7的第二縱向波導(dǎo)11的長度為1040μπΓ 100μπι，第二四分之一圓弧波導(dǎo)12的外圓半徑r3為300 μ πΓ350 μ m,第二橫向波導(dǎo)13的長度為300 μ πΓ400 μ m,第二半圓環(huán)波導(dǎo)14的外圓半徑r4為400 μ m^450 μ m,四分之三圓弧波導(dǎo)15的外圓半徑r5為250 μ m^300 μ m。實施例I
跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器
基體的材料為二氧化硅，長度為2900 μ m，寬度為1880 μ m，厚度為400 μ m。波導(dǎo)的材料為娃，寬度均為80 μ m,厚度均為40 μ m。左側(cè)η形波導(dǎo)的上側(cè)縱向波導(dǎo)長度為500 μ m,上側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)的外圓半徑rl為120 μ m,上側(cè)橫向波導(dǎo)長度為300 μ m,半圓環(huán)波導(dǎo)的外圓半徑r2為400 μ m。中間耦合區(qū)域與左側(cè)η形波導(dǎo)和右側(cè)螺旋形波導(dǎo)之間的距離均為20 μ m ;中間耦合區(qū)域中兩個縱向排列的跑道形結(jié)構(gòu)間隔距離為10 μ m,上、下兩側(cè)橫向排列的跑道形結(jié)構(gòu)與兩個縱向排列的跑道形結(jié)構(gòu)之間的距離均為20 μ m。跑道形波導(dǎo)的外圓半徑為200 μ m,跑道形波導(dǎo)的橫向直線形波導(dǎo)長為400 μ m ;跑道形柱體長度為560 μ m,寬度為160 μ m。右側(cè)螺旋形波導(dǎo)的第二縱向波導(dǎo)的長度為1040 μ m，第二四分之一圓弧波導(dǎo)的外圓半徑r3為300 μ m,第二橫向波導(dǎo)的長度為400 μ m,第二半圓環(huán)波導(dǎo)的外圓半徑r4為400 μ m,四分之三圓弧波導(dǎo)的外圓半徑r5為250 μ m。太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入，TM波直接經(jīng)左側(cè)η形波導(dǎo)從第一信號輸出端輸出，通過中間耦合區(qū)域的耦合作用，TE波從第二信號輸出端輸出，獲得偏振分束的功能。第一信號輸出端的TM波、TE波波傳輸曲線如圖4所示，在O. 7(Tl. IOTHz頻段范圍內(nèi)，TM波最小傳輸率為O. 987，TE波最大傳輸率為O. 015，這說明TM波從第一信號輸出端輸出。第二信號輸出端的TE波、TM傳輸曲線如圖5所示，在O. 7(Tl. IOTHz頻段范圍內(nèi)，TE最小傳輸率為O. 990，TM波最大傳輸率為O. 018，這說明TE波從第二信號輸出端輸出。
權(quán)利要求
1.一種跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于包括太赫茲波輸入端(I)、第一信號輸出端(2)、第二信號輸出端(3)、基體(4)、左側(cè)η形波導(dǎo)(5)、中間f禹合區(qū)域(6)、右側(cè)螺旋形波導(dǎo)(7);基體(4)上設(shè)有左側(cè)η形波導(dǎo)(5)、中間耦合區(qū)域(6)、右側(cè)螺旋形波導(dǎo)(7)，左側(cè)η形波導(dǎo)(5)為上下對稱結(jié)構(gòu)，左側(cè)η形波導(dǎo)(5)包括順次連接L形波導(dǎo)、半圓環(huán)波導(dǎo)和倒L形波導(dǎo)，L形波導(dǎo)由上側(cè)縱向波導(dǎo)、上側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)、上側(cè)橫向波導(dǎo)依次連接而成，倒L形波導(dǎo)由下側(cè)縱向波導(dǎo)、下側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)、下側(cè)橫向波導(dǎo)依次連接而成，中間耦合區(qū)域(6)由上下左右對稱的四個跑道形結(jié)構(gòu)(8)組成，其中兩個跑道形結(jié)構(gòu)(8 )縱向排列在中間耦合區(qū)域(6 )的中間位置，余下的兩個跑道形結(jié)構(gòu)(8 )分別橫向排列在中間位置的上、下兩側(cè)，跑道形結(jié)構(gòu)(8)由外側(cè)的跑道形波導(dǎo)(9)和內(nèi)側(cè)的跑道形柱體(10)組成，右側(cè)螺旋形波導(dǎo)(7 )由從右到左順次排列的第二縱向波導(dǎo)(11 )、第二四分之一圓弧波導(dǎo)(12)、第二橫向波導(dǎo)(13)、第二半圓環(huán)波導(dǎo)(14)、四分之三圓弧波導(dǎo)(15)連接而成，第二半圓環(huán)波導(dǎo)(14)和四分之三圓弧波導(dǎo)(15)組成一個向內(nèi)螺旋的結(jié)構(gòu)；太赫茲波從太赫茲波輸入端(I)輸入，TM波直接經(jīng)左側(cè)η形波導(dǎo)(5)從第一信號輸出端(2)輸出，通過中間耦合區(qū)域(6)的耦合作用，TE波從第二信號輸出端(3)輸出，獲得偏振分束的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的基體(4)的材料為二氧化硅，長度為2900 μ πΓ3000 μ m，寬度為1880 μ πΓ2000 μ m，厚度為300 μ m 400 μ mD
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的波導(dǎo)的材料為娃，寬度均為50 μ πΓ80 μ m,厚度均為30 μ πΓ40 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的左側(cè)η形波導(dǎo)(5)的上側(cè)縱向波導(dǎo)長度為400 μ πΓ500 μ m,上側(cè)四分之一圓弧波導(dǎo)的外圓半徑rl為100 μ πΓ 20 μ m,上側(cè)橫向波導(dǎo)長度為300 μ πΓ400 μ m,半圓環(huán)波導(dǎo)的外圓半徑r2為 400 μ m 450 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的中間耦合區(qū)域(6)與左側(cè)η形波導(dǎo)(5)和右側(cè)螺旋形波導(dǎo)(7)之間的距離均為20μπΓ30μπι;中間耦合區(qū)域(6)中兩個縱向排列的跑道形結(jié)構(gòu)(8)間隔距離為10 μ πΓ20 μ m，上、下兩側(cè)橫向排列的跑道形結(jié)構(gòu)(8)與兩個縱向排列的跑道形結(jié)構(gòu)(8)之間的距離均為20 μ πΓ30 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的跑道形波導(dǎo)(9)的外圓半徑為200 μ πΓ250 μ m,跑道形波導(dǎo)(9)的橫向直線形波導(dǎo)長為300μπΓ400μπι ;所述的跑道形柱體(10)長度為560 μ πΓ580 μ m，寬度為140 μ πΓ 60 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的右側(cè)螺旋形波導(dǎo)(7)的第二縱向波導(dǎo)(11)的長度為1040μπΓ 100μπι，第二四分之一圓弧波導(dǎo)(12)的外圓半徑r3為300 μ m 350 μ m,第二橫向波導(dǎo)(13)的長度為300 μ m 400 μ m,第二半圓環(huán)波導(dǎo)(14)的外圓半徑r4為400 μ πΓ450 μ m,四分之三圓弧波導(dǎo)(15)的外圓半徑 r5 為 250 μ m 300 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種跑道形結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器。它包括太赫茲波輸入端、第一信號輸出端、第二信號輸出端、基體、左側(cè)n形波導(dǎo)、中間耦合區(qū)域、右側(cè)螺旋形波導(dǎo)；基體上設(shè)有左側(cè)n形波導(dǎo)、中間耦合區(qū)域、右側(cè)螺旋形波導(dǎo)，左側(cè)n形波導(dǎo)為上下對稱結(jié)構(gòu)，中間耦合區(qū)域由上下左右對稱的四個跑道形結(jié)構(gòu)組成，太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入，TM波直接經(jīng)左側(cè)n形波導(dǎo)從第一信號輸出端輸出，通過中間耦合區(qū)域的耦合作用，TE波從第二信號輸出端輸出，獲得偏振分束的功能。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、尺寸小、分束率高、便于制作、易于集成等優(yōu)點。滿足在醫(yī)學(xué)檢測、無損探測、太赫茲波成像等領(lǐng)域的需求。
文檔編號G02B6/126GK102928919SQ20121044991
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者李九生 申請人:中國計量學(xué)院