專利名稱：雙階梯形太赫茲波偏振分束器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲波分束器，尤其涉及一種雙階梯形太赫茲波偏振分束器。
背景技術(shù)：
太赫茲波是介于微波和遠(yuǎn)紅外光線的電磁波(頻率為O. l 10THz)。在20世紀(jì)80年代以前，由于缺乏有效的太赫茲源和靈敏的檢測手段，科研工作者無法深入了解該頻段電磁波的性質(zhì)，太赫茲波是唯一沒有獲得較全面研究并很好地加以利用的最后一個波譜區(qū)間。近十幾年來，超快激光技術(shù)的迅速發(fā)展為太赫茲脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的源，太赫茲檢測技術(shù)及其應(yīng)用的研究也得到了蓬勃發(fā)展。在現(xiàn)代研究中，太赫茲系統(tǒng)在半導(dǎo)體材料、高溫超導(dǎo)材料的性質(zhì)研究、斷層成像技術(shù)、無標(biāo)記的基因檢查、細(xì)胞水平的成像、化學(xué)和生物的檢查，以及寬帶通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。太赫茲光譜具有很高的信噪比，能夠迅速的對樣品做出分析，而且作為一種非接觸型測量技術(shù)，能夠?qū)Π雽?dǎo)體、電介質(zhì)薄膜的物理信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測量。太赫茲輻射的瞬態(tài)性、寬帶性、相干性、低能性、穿透性，決定了它在許多基礎(chǔ)性研究領(lǐng)域有著相當(dāng)重要的應(yīng)用前景。近年來，太赫茲通信技術(shù)在短距離無線通信方面的研究引起了越來越多科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注，但是太赫茲波功能器件的缺乏是太赫茲通信技術(shù)當(dāng)前亟待解決的問題。太赫茲波功能器件的研制與發(fā)展是太赫茲波科學(xué)技術(shù)研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，現(xiàn)有的太赫茲波功能器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大并且價格昂貴，因此小型化、低成本的太赫茲波功能器件是太赫茲波應(yīng)用的關(guān)鍵。但是作為太赫茲波應(yīng)用的關(guān)鍵器件之一的太赫茲波偏振分束器的相關(guān)報道很少，因此有必要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、分束效率高的太赫茲偏振分束器來滿足未來太赫茲波通信技術(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)分束率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實(shí)際制作過程困難的不足，提供一種高分束率的雙階梯形太赫茲波偏振分束器。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
雙階梯形太赫茲波偏振分束器包括信號輸入端、第一信號輸出端、第二信號輸出端、基體、第一階梯形波導(dǎo)、第二階梯形波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)陣列；基體上設(shè)有第一階梯形波導(dǎo)、第二階梯形波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)陣列，第一階梯形波導(dǎo)與第二階梯形波導(dǎo)之間中間位置設(shè)有橢圓波導(dǎo)陣列，橢圓波導(dǎo)陣列由5個橢圓波導(dǎo)依次排列而成；第一階梯形波導(dǎo)為左右對稱結(jié)構(gòu)，它的左半部分設(shè)有順次排列的9個大矩形凹槽、第一等腰梯形凹槽、第二等腰梯形凹槽、第三等腰梯形凹槽，第一階梯形波導(dǎo)的中間位置設(shè)有小矩形凹槽，第一階梯形波導(dǎo)的右半部分設(shè)有順次排列的第三等腰梯形凹槽、第二等腰梯形凹槽、第一等腰梯形凹槽、9個大矩形凹槽；第二階梯形波導(dǎo)的左側(cè)設(shè)有順次排列的2個大矩形凹槽、第一等腰梯形凹槽、第二等腰梯形凹槽、第三等腰梯形凹槽和小矩形凹槽，第二階梯形波導(dǎo)的右側(cè)結(jié)構(gòu)尺寸與第一階梯形波導(dǎo)的右半部分結(jié)構(gòu)尺寸相同；太赫茲波從信號輸入端輸入，TE波直接從第一信號輸出端輸出、TM波經(jīng)橢圓波導(dǎo)陣列的耦合作用，從第二信號輸出端輸出，獲得偏振分束的功能。所述的基體的材料為二氧化娃，長度為1270 μ πΓ 300 μ m,寬度為1000 μ πΓ ΙΟΟ μ m,厚度為300 μ πΓ400 μ m。所述的第一階梯形波導(dǎo)、第二階梯形波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)的材料均為硅，厚度均為50μπΓ80μπι。所述的第一階梯形波導(dǎo)和第二階梯形波導(dǎo)的長度分別為1270μπΓ 300μπι、920μπΓ950μπι，寬度均為300 μ πΓ3500 μ m。所述的橢圓波導(dǎo)陣列的相鄰兩橢圓波導(dǎo)之間的距離為60 μ πΓ80 μ m ;所述的橢圓波導(dǎo)的長軸長度為160 μ πΓ 80 μ m,短軸長度為50 μ πΓ60 μ m。所述的大矩形凹槽的長度為200 μ πΓ220 μ m,寬度為30μπΓ40μπι;第一等腰梯形凹槽的上底長度為170μπΓ 80μπι，下底長度為190μπΓ210μπι，高為30 μ πΓ40 μ m ;第二等腰梯形凹槽的上底長度為140μπΓ 50μπι，下底長度為160 μ πΓ 80 μ m，高為30 μ πΓ40 ym;第三等腰梯形凹槽的上底長度為110 μ ι " 20 μ m,下底長度為130μπΓ 50μηι,高為30 μ πΓ40 μ m ;小矩形凹槽的長度為100 μ πΓ 20 μ m,寬度為30 μ ηΓ40 μ m。所述的第一階梯形波導(dǎo)和第二階梯形波導(dǎo)中的相鄰 兩凹槽的間隔距離相等，均為20 μ πΓ30 μ m。所述的橢圓波導(dǎo)陣列與第一階梯形波導(dǎo)之間的距離和橢圓波導(dǎo)陣列與第二階梯形波導(dǎo)之間的距離相等，均為20 μ πΓ30 μ m。本發(fā)明的雙階梯形太赫茲波偏振分束器具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、分束率高、便于制作、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，滿足在太赫茲波成像、太赫茲波通信等領(lǐng)域應(yīng)用要求。


圖1是雙階梯形太赫茲波偏振分束器立體結(jié)構(gòu)示意圖2是雙階梯形太赫茲波偏振分束器平面結(jié)構(gòu)示意圖3是第一信號輸出端的TE波、TM波傳輸曲線；
圖4是第二信號輸出端的TM波、TE波傳輸曲線。
具體實(shí)施例方式如圖f 2所示，雙階梯形太赫茲波偏振分束器包括信號輸入端1、第一信號輸出端2、第二信號輸出端3、基體4、第一階梯形波導(dǎo)5、第二階梯形波導(dǎo)6、橢圓波導(dǎo)陣列7 ;基體4上設(shè)有第一階梯形波導(dǎo)5、第二階梯形波導(dǎo)6、橢圓波導(dǎo)陣列7，第一階梯形波導(dǎo)5與第二階梯形波導(dǎo)6之間中間位置設(shè)有橢圓波導(dǎo)陣列7，橢圓波導(dǎo)陣列7由5個橢圓波導(dǎo)8依次排列而成；第一階梯形波導(dǎo)5為左右對稱結(jié)構(gòu)，它的左半部分設(shè)有順次排列的9個大矩形凹槽9、第一等腰梯形凹槽10、第二等腰梯形凹槽11、第三等腰梯形凹槽12，第一階梯形波導(dǎo)5的中間位置設(shè)有小矩形凹槽13，第一階梯形波導(dǎo)5的右半部分設(shè)有順次排列的第三等腰梯形凹槽12、第二等腰梯形凹槽11、第一等腰梯形凹槽10、9個大矩形凹槽9 ;第二階梯形波導(dǎo)6的左側(cè)設(shè)有順次排列的2個大矩形凹槽9、第一等腰梯形凹槽10、第二等腰梯形凹槽11、第三等腰梯形凹槽12和小矩形凹槽13，第二階梯形波導(dǎo)6的右側(cè)結(jié)構(gòu)尺寸與第一階梯形波導(dǎo)5的右半部分結(jié)構(gòu)尺寸相同；太赫茲波從信號輸入端I輸入，TE波直接從第一信號輸出端2輸出、TM波經(jīng)橢圓波導(dǎo)陣列7的耦合作用，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1270 μ πΓ 300 μ m,寬度為1000 μ πΓ ΙΟΟ μ m,厚度為300 μ πΓ400 μ m。所述的第一階梯形波導(dǎo)5、第二階梯形波導(dǎo)6、橢圓波導(dǎo)8的材料均為硅，厚度均為50 μ πΓ80 μ m。所述的第一階梯形波導(dǎo)5和第二階梯形波導(dǎo)6的長度分別為1270 μ m 1300 μ m、920 μ m 950 μ m,寬度均為300 μ m 3500 μ m。所述的橢圓波導(dǎo)陣列7的相鄰兩橢圓波導(dǎo)8之間的距離為60 μ πΓ80 μ m ;所述的橢圓波導(dǎo)8的長軸長度為160 μ πΓ 80 μ m,短軸長度為50 μ πΓ60 μ m。所述的大矩形凹槽9的長度為200 μ πΓ220 μ m,寬度為30 μ πΓ40 μ m ;第一等腰梯形凹槽10的上底長度為170 μ πΓ 80 μ m，下底長度為190μπΓ210μπι，高為30μπΓ40μπι;第二等腰梯形凹槽11的上底長度為140 μ πΓ 50 μ m,下底長度為160 μ πΓ 80 μ m,高為30 μ πΓ40 μ m ;第三等腰梯形凹槽12的上底長度為110 μ πΓ 20 μ m,下底長度為130 μ πΓ 50 μ m,高為30 μ πΓ40 μ m ;小矩形凹槽13的長度為100 μ πΓ 20 μ m,寬度為30 μ πΓ40 μ m。所述的第一階梯形波導(dǎo)5和第二階梯形波導(dǎo)6中的相鄰兩凹槽的間隔距離相等，均為20μπΓ30μπι。所述的橢圓波導(dǎo)陣列7與第一階梯形波導(dǎo)5之間的距離和橢圓波導(dǎo)陣列7與第二階梯形波導(dǎo)6之間的距離相等，均為20 μ m 30 μ m。
實(shí)施例1
雙階梯形太赫茲波偏振分束器
基體的材料為二氧化硅，長度為1270 μ m,寬度為1000 μ m,厚度為400 μ m。第一階梯形波導(dǎo)、第二階梯形波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)的材料均為硅，厚度均為80 μ m。第一階梯形波導(dǎo)和第二階梯形波導(dǎo)的長度分別為1270 μ m、920 μ m,寬度均為300 μ m。橢圓波導(dǎo)陣列的相鄰兩橢圓波導(dǎo)之間的距尚為60 μ m ;所述的橢圓波導(dǎo)的長軸長度為160 μ m,短軸長度為50 μ m。大矩形凹槽的長度為200 μ m,寬度為30 μ m ;第一等腰梯形凹槽的上底長度為170 μ m,下底長度為190 μ m，高為30 μ m ;第二等腰梯形凹槽的上底長度為140 μ m,下底長度為160 μ m,高為30 μ m ;第三等腰梯形凹槽的上底長度為110 μ m，下底長度為130 μ m，高為30 μ m ;小矩形凹槽的長度為100 μ m，寬度為30 μ m。第一階梯形波導(dǎo)和第二階梯形波導(dǎo)中的相鄰兩凹槽的間隔距離相等，均為20μπι。橢圓波導(dǎo)陣列與第一階梯形波導(dǎo)之間的距離和橢圓波導(dǎo)陣列與第二階梯形波導(dǎo)之間的距離相等，均為20 μ m。太赫茲波從信號輸入端輸入，TE波直接從第一信號輸出端輸出、TM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TE波、TM波傳輸曲線如圖3所示，在O. 20THz O. 60THz頻段范圍內(nèi)，TE波最小傳輸率為98. 7%，TM波最大傳輸率為O. 51%，這說明TE波從第一信號輸出端輸出。第二信號輸出端的TM波、TE波傳輸曲線如圖4所示，在O. 20THz O. 60THz頻段范圍內(nèi)，TM最小傳輸率為98. 9%，TE波最大傳輸率為O. 34%，這說明TM波從第二信號輸出端輸出。
權(quán)利要求
1.一種雙階梯形太赫茲波偏振分束器，其特征在于包括信號輸入端(I)、第一信號輸出端(2)、第二信號輸出端(3)、基體(4)、第一階梯形波導(dǎo)(5)、第二階梯形波導(dǎo)(6)、橢圓波導(dǎo)陣列(7);基體(4)上設(shè)有第一階梯形波導(dǎo)(5)、第二階梯形波導(dǎo)(6)、橢圓波導(dǎo)陣列(7)，第一階梯形波導(dǎo)(5)與第二階梯形波導(dǎo)(6)之間中間位置設(shè)有橢圓波導(dǎo)陣列(7)，橢圓波導(dǎo)陣列(7)由5個橢圓波導(dǎo)(8)依次排列而成；第一階梯形波導(dǎo)(5)為左右對稱結(jié)構(gòu)，它的左半部分設(shè)有順次排列的9個大矩形凹槽(9)、第一等腰梯形凹槽(10)、第二等腰梯形凹槽(11)、第三等腰梯形凹槽(12)，第一階梯形波導(dǎo)(5)的中間位置設(shè)有小矩形凹槽(13)，第一階梯形波導(dǎo)(5)的右半部分設(shè)有順次排列的第三等腰梯形凹槽(12)、第二等腰梯形凹槽(11)、第一等腰梯形凹槽(10)、9個大矩形凹槽(9);第二階梯形波導(dǎo)(6)的左側(cè)設(shè)有順次排列的2個大矩形凹槽(9)、第一等腰梯形凹槽(10)、第二等腰梯形凹槽(11)、第三等腰梯形凹槽(12)和小矩形凹槽(13)，第二階梯形波導(dǎo)(6)的右側(cè)結(jié)構(gòu)尺寸與第一階梯形波導(dǎo)(5)的右半部分結(jié)構(gòu)尺寸相同；太赫茲波從信號輸入端(I)輸入，TE波直接從第一信號輸出端(2)輸出、TM波經(jīng)橢圓波導(dǎo)陣列(7)的耦合作用，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1所述的一種雙階梯形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1270μπΓ 300μπι，寬度為1000 μ πΓ ΙΟΟ μ m，厚度為300 μ m 400 μ mD
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙階梯形太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的第一階梯形波導(dǎo)(5)、第二階梯形波導(dǎo)(6)、橢圓波導(dǎo)(8)的材料均為娃,厚度均為50 μ ηΓ80 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙階梯形太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的第一階梯形波導(dǎo)(5)和第二階梯形波導(dǎo)(6)的長度分別為1270 μ πΓ 300 μ m、920 μ πΓ950 μ m，寬度均為300 μ m 3500 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙階梯形太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的橢圓波導(dǎo)陣列(7)的相鄰兩橢圓波導(dǎo)(8)之間的距離為60 μ πΓ80 μ m ;所述的橢圓波導(dǎo)(8)的長軸長度為160 μ m 180 μ m,短軸長度為50 μ m 60 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙階梯形太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的大矩形凹槽(9)的長度為200μπΓ220μπι，寬度為30 μ πΓ40 μ m ;第一等腰梯形凹槽(10)的上底長度為170μπΓ 80μπι，下底長度為190μπΓ210μπι，高為30μπΓ40μπι ;第二等腰梯形凹槽(11)的上底長度為140μπΓ 50μπι，下底長度為160μπΓ 80μπι，高為30μπΓ40μπι ;第三等腰梯形凹槽(12)的上底長度為110μπΓ 20μπι，下底長度為130μπΓ 50μπι，高為30 μ πΓ40 μ m ;小矩形凹槽(13)的長度為100 μ ηΓ 20 μ m,寬度為30 μ ηΓ40 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙階梯形太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的第一階梯形波導(dǎo)(5)和第二階梯形波導(dǎo)(6)中的相鄰兩凹槽的間隔距離相等，均為20 μ m 30 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙階梯形太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的橢圓波導(dǎo)陣列(7)與第一階梯形波導(dǎo)(5)之間的距離和橢圓波導(dǎo)陣列(7)與第二階梯形波導(dǎo)(6)之間的距離相等，均為20μπΓ30μπ 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙階梯形太赫茲波偏振分束器。它包括信號輸入端、第一信號輸出端、第二信號輸出端、基體、第一階梯形波導(dǎo)、第二階梯形波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)陣列；基體上設(shè)有第一階梯形波導(dǎo)、第二階梯形波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)陣列，赫茲波從信號輸入端輸入，TE波直接從第一信號輸出端輸出、TM波經(jīng)橢圓波導(dǎo)陣列的耦合作用，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)緊湊、尺寸小、分束率高、便于制作、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，滿足在太赫茲波成像、太赫茲波通信等領(lǐng)域應(yīng)用要求。
文檔編號G02B6/126GK103018829SQ20121056421
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者李九生 申請人:中國計量學(xué)院