專利名稱：雙串接圓環(huán)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)明涉及太赫茲波分束器，尤其涉及一種雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器。
背景技術(shù)：
太赫茲波(THz，ITHz=IO12Hz)通常是指頻率在O.1THz-1OTHz范圍內(nèi)的電磁波，在電磁波譜上介于遠(yuǎn)紅外光波與微波之間。與其他頻段的電磁波相比，太赫茲波有其獨(dú)特的優(yōu)勢宇宙背景輻射、許多有機(jī)大分子，特別是生物大分子的轉(zhuǎn)動能級以及振動能級位于太赫茲波段。超快太赫茲脈沖因其瞬態(tài)性、寬帶性、相干性、低能性等優(yōu)點(diǎn)，在成像、無損探測、安檢、物化分析等領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。因此結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好的高效太赫茲波功 能器件將有助于推動太赫茲波技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前太赫茲波的功能器件是太赫茲波科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，國內(nèi)外對于太赫茲波的功能器件研究也已逐漸展開。現(xiàn)有的太赫茲波功能器件還很少，通常它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、價(jià)格昂貴，因此小型化、低成本的太赫茲波器件是太赫茲波技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。目前國內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)都致力于這方面的研究并取得了一定的進(jìn)展，但是對太赫茲波偏振分束器的研究少有報(bào)道。太赫茲波偏振分束器是一種非常重要的太赫茲波器件，可用于太赫茲波系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對太赫茲波的控制。因此有必要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、便于集成、分束效率高的太赫茲偏振分束器以滿足未來太赫茲波技術(shù)應(yīng)用需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)分束效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、實(shí)際制作過程困難、難以集成的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、高分束率的雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的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
雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的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、第一直波導(dǎo)、第二直波導(dǎo)、第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)、串接菱形波導(dǎo)；基體上設(shè)有第一直波導(dǎo)、第二直波導(dǎo)、第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)、串接菱形波導(dǎo)，第一直波導(dǎo)與第二直波導(dǎo)之間依次設(shè)有第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)、串接菱形波導(dǎo)和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)，第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)均由三個(gè)圓環(huán)形波導(dǎo)順次連接而成，串接菱形波導(dǎo)由左半個(gè)菱形波導(dǎo)、兩個(gè)菱形波導(dǎo)、右半個(gè)菱形波導(dǎo)順次連接組成；太赫茲波信號從信號輸入端輸入，TE波經(jīng)第一直波導(dǎo)直接從第一信號輸出端輸出，通過第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)、串接菱形波導(dǎo)、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的耦合作用，TM波經(jīng)第二直波導(dǎo)從第二信號輸出端輸出，達(dá)到分束的目的。所述的基體的材料為二氧化硅，基體的長度為2200 μ πΓ2400 μ m，寬度為1800 μ πΓ2000 μ m，厚度為300 μ πΓ400 μ m ;所述的波導(dǎo)的材料為硅，波導(dǎo)厚度均為20μπΓ40μπι。所述的第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)的長度分別為2200μπΓ2400μπι，1900 μ πΓ2000 μ m ;第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)的寬度均為50 μ πΓ80 μ m。所述的圓環(huán)形波導(dǎo)的寬度為50 μ πΓ80 μ m,圓環(huán)形波導(dǎo)的外圓半徑為300 μ πΓ400 μ m。所述的左半個(gè)菱形波導(dǎo)的尺寸與菱形波導(dǎo)的右半部分尺寸相同；右半個(gè)菱形波導(dǎo)的尺寸與菱形波導(dǎo)的左半部分尺寸相同；所述的菱形波導(dǎo)的長度為600μπΓ800μηι,寬度為150μπΓ200μηι。所述的第一直波導(dǎo)與第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的間隔距離為10μπΓ20μπι;第二直波導(dǎo)與第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的間隔距離為10μπΓ20μπ 。所述的串接菱形波導(dǎo)和第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的間隔距離與串接菱形波導(dǎo)和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的間隔距離相等，均為5 μ m 10 μ m。本發(fā)明的雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器具有結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、易于集成、分束效率高等優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足太赫茲醫(yī)學(xué)成像、太赫茲通信等領(lǐng)域的需求。


圖1是雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器不意圖2是第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)組成結(jié)構(gòu)示意圖3是串接菱形波導(dǎo)組成結(jié)構(gòu)示意圖4是雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器的第一信號輸出端輸出的TE、TM波的傳輸曲線；
圖5是雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器的第二信號輸出端輸出的TM、TE波的傳輸曲線。
具體實(shí)施例方式如圖f 3所示，雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的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、第一直波導(dǎo)5、第二直波導(dǎo)6、第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)7、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)8、串接菱形波導(dǎo)9 ;基體4上設(shè)有第一直波導(dǎo)5、第二直波導(dǎo)6、第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)7、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)8、串接菱形波導(dǎo)9，第一直波導(dǎo)5與第二直波導(dǎo)6之間依次設(shè)有第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)7、串接菱形波導(dǎo)9和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)8，第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)7和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)8均由三個(gè)圓環(huán)形波導(dǎo)10順次連接而成，串接菱形波導(dǎo)9由左半個(gè)菱形波導(dǎo)11、兩個(gè)菱形波導(dǎo)12、右半個(gè)菱形波導(dǎo)13順次連接組成；太赫茲波信號從信號輸入端I輸入，TE波經(jīng)第一直波導(dǎo)5直接從第一信號輸出端2輸出，通過第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)7、串接菱形波導(dǎo)9、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)8之間的耦合作用，TM波經(jīng)第二直波導(dǎo)從第二信號輸出端3輸出，達(dá)到分束的目的。所述的基體4的材料為二氧化硅，基體4的長度為2200μπΓ2400μπι，寬度為1800 μ πΓ2000 μ m，厚度為300 μ πΓ400 μ m ;所述的波導(dǎo)的材料為硅，波導(dǎo)厚度均為20μπΓ40μπι。所述的第一直波導(dǎo)5和第二直波導(dǎo)6的長度分別為2200μπΓ2400μπι，1900μπΓ2000μπι ;第一直波導(dǎo)5和第二直波導(dǎo)6的寬度均為50 μ πΓ80 μ m。所述的圓環(huán)形波導(dǎo)10的寬度為50 μ πΓ80 μ m,圓環(huán)形波導(dǎo)10的外圓半徑為300 μ πΓ400 μ m。所述的左半個(gè)菱形波導(dǎo)11的尺寸與菱形波導(dǎo)12的右半部分尺寸相同；右半個(gè)菱形波導(dǎo)13的尺寸與菱形波導(dǎo)12的左半部分尺寸相同；所述的菱形波導(dǎo)12的長度為600μπΓ800μπι，寬度為150μπΓ200μπι。所述的第一直波導(dǎo)5與第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)7之間的間隔距離為10μπΓ20μπ ;第二直波導(dǎo)6與第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)8之間的間隔距離為10μπΓ20μπ 。所述的串接菱形波導(dǎo)9和第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)7之間的間隔距離與串接菱形波導(dǎo)9和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)7之間的間隔距離相等，均為5μπΓ 0μπι。實(shí)施例1
雙串接圓環(huán)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2200μπι，寬度為1800μπι，厚度為400μπι;波導(dǎo)的材料為硅，折射率為3. 42，波導(dǎo)厚度均為40 μ m。第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)的長度分別為2200 μ m, 2000 μ m ;第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)的寬度均為80 μ m。圓環(huán)形波導(dǎo)的寬度為80 μ m,圓環(huán)形波導(dǎo)的外圓半徑為300 μ m。左半個(gè)菱形波導(dǎo)的尺寸與菱形波導(dǎo)的右半部分尺寸相同；右半個(gè)菱形波導(dǎo)的尺寸與菱形波導(dǎo)的左半部分尺寸相同；所述的菱形波導(dǎo)的長度 為600 μ m,寬度為200 μ m。第一直波導(dǎo)與第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的間隔距離為10 μ m ;第二直波導(dǎo)與第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的間隔距離為10 μ m。串接菱形波導(dǎo)和第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的間隔距離與串接菱形波導(dǎo)和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的間隔距離相等，均為ΙΟμπι。雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器第一信號輸出端輸出的ΤΕ、ΤΜ波的傳輸曲線如圖4所示，在頻率為O.1OTHz O. 50ΤΗζ范圍內(nèi)，TE波的最小傳輸率為O. 987，TM波的最大傳輸率為O. 023 ;雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器第二信號輸出端輸出的TM、TE波的傳輸曲線如圖5所示，在頻率為O.1OTHfO. 50ΤΗζ范圍內(nèi)，TE波的最小傳輸率為
O.985，TM波的最大傳輸率為O. 025。這說明TE波直接從第一信號輸出端輸出；而通過第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)、串接菱形波導(dǎo)、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的耦合作用，TM波經(jīng)第二直波導(dǎo)從第二信號輸出端輸出，達(dá)到了分束的目的，而且分束效率高。
權(quán)利要求
1.一種雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的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)、第一直波導(dǎo)(5)、第二直波導(dǎo)(6)、第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)(7)、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)(8)、串接菱形波導(dǎo)(9);基體(4)上設(shè)有第一直波導(dǎo)(5)、第二直波導(dǎo)(6)、第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)(7)、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)(8)、串接菱形波導(dǎo)(9)，第一直波導(dǎo)(5)與第二直波導(dǎo)(6)之間依次設(shè)有第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)(7)、串接菱形波導(dǎo)(9)和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)(8)，第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)(7)和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)(8)均由三個(gè)圓環(huán)形波導(dǎo)(10)順次連接而成，串接菱形波導(dǎo)(9)由左半個(gè)菱形波導(dǎo)(11)、兩個(gè)菱形波導(dǎo)(12)、右半個(gè)菱形波導(dǎo)(13)順次連接組成；太赫茲波信號從信號輸入端(I)輸入，TE波經(jīng)第一直波導(dǎo)(5)直接從第一信號輸出端(2)輸出，通過第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)(7)、串接菱形波導(dǎo)(9)、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)(8)之間的耦合作用，TM波經(jīng)第二直波導(dǎo)從第二信號輸出端(3)輸出，達(dá)到分束的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙串接圓環(huán)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，基體(4)的長度為2200 μ πΓ2400 μ m，寬度為1800 μ πΓ2000 μ m，厚度為300 μ πΓ400 μ m ;所述的波導(dǎo)的材料為硅，波導(dǎo)厚度均為20 μ m^40 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的第一直波導(dǎo)(5)和第二直波導(dǎo)(6)的長度分別為2200 μ πΓ2400 μ m, 1900 μ πΓ2000 μ m ；第一直波導(dǎo)(5)和第二直波導(dǎo)(6)的寬度均為50 μ πΓ80 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的圓環(huán)形波導(dǎo)(10)的寬度為50 μ πΓ80 μ m,圓環(huán)形波導(dǎo)(10)的外圓半徑為300 μ m 400 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的左半個(gè)菱形波導(dǎo)(11)的尺寸與菱形波導(dǎo)(12)的右半部分尺寸相同；右半個(gè)菱形波導(dǎo)(13)的尺寸與菱形波導(dǎo)(12)的左半部分尺寸相同；所述的菱形波導(dǎo)(12)的長度為600 μ m 800 μ m,寬度為 150 μ m 200 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的第一直波導(dǎo)(5)與第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)(7)之間的間隔距離為10μπΓ20μπι;第二直波導(dǎo)(6)與第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)(8)之間的間隔距離為10μπΓ20μπι。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，其特征在于所述的串接菱形波導(dǎo)(9)和第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)(7)之間的間隔距離與串接菱形波導(dǎo)(9)和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)(7)之間的間隔距離相等，均為5 μ πΓ Ο μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙串接圓環(huán)結(jié)構(gòu)的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、第一直波導(dǎo)、第二直波導(dǎo)、第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)、串接菱形波導(dǎo)；第一直波導(dǎo)與第二直波導(dǎo)之間依次設(shè)有第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)、串接菱形波導(dǎo)和第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)，太赫茲波信號從信號輸入端輸入，TE波經(jīng)第一直波導(dǎo)直接從第一信號輸出端輸出，通過第一串接圓環(huán)形波導(dǎo)、串接菱形波導(dǎo)、第二串接圓環(huán)形波導(dǎo)之間的耦合作用，TM波經(jīng)第二直波導(dǎo)從第二信號輸出端輸出。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、易于集成、分束效率高等優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足太赫茲醫(yī)學(xué)成像、太赫茲通信等領(lǐng)域的需求。
文檔編號G02B6/126GK103018830SQ20121056421
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(jì)量學(xué)院