太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其包括外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板，外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板均為彎曲的金屬板并且彎曲部為圓弧狀，外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板彼此相距地平行布置，在外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板的彼此相對的表面上分別設(shè)有周期性凹槽。太赫茲波以橫磁波模式從外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板的一端輸入，進(jìn)入外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板之間的間隙后形成表面波在該間隙中傳輸，進(jìn)而傳送到外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板的另一端，從而實(shí)現(xiàn)了太赫茲波的低損耗彎曲傳輸。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，不僅太赫茲波彎曲損耗低，而且結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低廉。
【專利說明】太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(THz)波是位于微波和遠(yuǎn)紅外線之間的電磁波。近年來，隨著超快激光技術(shù)的發(fā)展，使得太赫茲脈沖的產(chǎn)生有了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，使人們能夠研究太赫茲。太赫茲在生物醫(yī)學(xué)、安全監(jiān)測、無損傷探測、天文學(xué)、光譜與成像技術(shù)以及信息科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。太赫茲波導(dǎo)是太赫茲應(yīng)用的一種基本的傳輸器件并且是太赫茲通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。國際上，Maier等人于2008年研究了太赫茲波在結(jié)構(gòu)化金屬表面的傳播特性(Nature Photonics, 2, 175-179，2008),Nahata等于2011年研究了矩形凹槽陣列上的偽表面等離子波導(dǎo)(Optics Express, 19, 1072-1080，2011),但是所有這些結(jié)構(gòu)的橫向電尺寸較大，導(dǎo)致在彎曲的情況下?lián)p耗較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有的波導(dǎo)在彎曲的情況下?lián)p耗較大的缺陷。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提供了一種太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其包括外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板，外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板均為彎曲的金屬板并且彎曲部為圓弧狀，外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板彼此相距地平行布置，在外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板的彼此相對的表面上分別設(shè)有周期性凹槽。
[0005]優(yōu)選地，外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板的金屬材質(zhì)為鋁、銅、銀、鐵、鎳中的一種。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，波導(dǎo)的彎曲角度為直角，彎曲半徑大于500 μ m。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，其中外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板形狀類似，外側(cè)波導(dǎo)板上的凹槽和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板上的凹槽的尺寸和間隔周期均相同。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，外側(cè)波導(dǎo)板上的凹槽和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板上的凹槽關(guān)于外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板之間的中心線對稱。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，凹槽的寬度為50?500 μ m，深度為50?500 μ m，長度為不低于500 μ m;其中凹槽的寬度優(yōu)選為152 μ m，深度優(yōu)選為274 μ m。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，凹槽的周期性間隔優(yōu)選為475 μ m。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，外側(cè)波導(dǎo)板的彎曲部兩個(gè)表面的圓弧半徑分別為
0.8mm和1.2mm,而內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板的彎曲部兩個(gè)表面的圓弧半徑分別為0.2mm和0.6mm。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，外側(cè)波導(dǎo)板與內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板之間的間距為0.1?
0.5mm，板間及凹槽內(nèi)媒質(zhì)為空氣。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，不僅降低了太赫茲波彎曲損耗，而且結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】[0014]圖1以立體圖示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)；
[0015]圖2以側(cè)視圖進(jìn)一步示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面描述的實(shí)施例僅是對本發(fā)明的示例性說明，而非用于對其作出任何限制。
[0017]如圖1所示，在根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)包括兩個(gè)金屬板即外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2，這兩個(gè)金屬板均是彎曲的金屬板，彎曲部(拐角處)為圓弧狀，外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2平行放置并且外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2之間有一定的間隙，在外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2的相對的表面上設(shè)有周期性凹槽，也就是在外側(cè)波導(dǎo)板I的內(nèi)表面上設(shè)有周期性凹槽11以及在內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2的外表面上設(shè)有周期性凹槽21。另外，可以理解的是，凹槽的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際所需的傳輸長度來確定，這里的傳輸長度指的是實(shí)際應(yīng)用中太赫茲信號的傳輸長度，也就是波導(dǎo)的長度。
[0018]其中，外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2的形狀可相類似，外側(cè)波導(dǎo)板I上的凹槽11和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2上的凹槽21的尺寸和間隔周期可均相同。優(yōu)選地，凹槽11和凹槽21關(guān)于外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2之間的中心線呈對稱狀態(tài)分布。
[0019]太赫茲波以橫磁波模式從外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2的一端輸入，進(jìn)入外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2之間的間隙后形成表面波在該間隙中傳輸，進(jìn)而傳送到外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2的另一端，從而實(shí)現(xiàn)太赫茲波的低彎曲損耗傳輸。
[0020]需要指出的是，彎曲的金屬板(也就是外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2)的彎曲角度可以為任意角度，例如90°。
[0021]波導(dǎo)的彎曲半徑優(yōu)選大于500 μ m，這里，波導(dǎo)的彎曲半徑指的是外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2之間的中心線在彎曲部分的彎曲半徑。
[0022]這種太赫茲彎曲波導(dǎo)可以低損耗地改變太赫茲波的傳輸方向。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，可以通過調(diào)整凹槽尺寸以及外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2之間的板間距來實(shí)現(xiàn)不同波段的太赫茲波的傳輸。
[0023]下面，參照圖2進(jìn)一步描述根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2之間的距離D為200 μ m，凹槽11、21深度H為274μπι，凹槽11、21寬度W為152 μ m，凹槽11、21出現(xiàn)的周期T為475 μ m，板長LI為3mm,板長L2為3mm,板厚S為0.4mm,板寬為2mm,圓弧半徑Rl為0.2mm,圓弧半徑R2為
0.6mm,圓弧半徑R3為0.8mm,圓弧半徑R4為1.2mm,該波導(dǎo)的彎曲半徑為700 μ m,凹槽的長度與波導(dǎo)板寬度相同，外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2彎曲角度為90°，板間及凹槽內(nèi)媒質(zhì)為空氣。
[0024]接著，一并描述根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)的示例性主要加工步驟(下面的步驟1-2)及損耗測試(下面的步驟3-4)。
[0025]I)先用機(jī)械加工的方法按尺寸加工出一定厚度并且90°彎曲的金屬板兩塊(夕卜側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2)，然后用機(jī)械微加工的方法在金屬板的相應(yīng)表面上加工出凹槽11、21，如圖2所示。
[0026]2)將外側(cè)波導(dǎo)板I和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板2有凹槽的面相對地平行放置，并進(jìn)一步使凹槽
11、21相對應(yīng)，同時(shí)保證兩板相對平行。
[0027]3)打開時(shí)域太赫茲波譜系統(tǒng)(TDS系統(tǒng))，將上述制成的如圖2所示的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)接入到TDS系統(tǒng)中合適的位置，使太赫茲信號從太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)一端上的狹縫入射。
[0028]4)采集數(shù)據(jù):使用TDS系統(tǒng)的光電導(dǎo)接收器對太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)的輸出信號進(jìn)行米集。
[0029]測試結(jié)果表明該太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)輸出信號在0.4THz到0.6THz的信號透射率高于95%，這明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中的彎曲波導(dǎo)的損耗。
[0030]本發(fā)明的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低廉。
【權(quán)利要求】
1.一種太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其特征在于:包括外側(cè)波導(dǎo)板和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板，所述外側(cè)波導(dǎo)板和所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板均為彎曲的金屬板并且彎曲部為圓弧狀，所述外側(cè)波導(dǎo)板和所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板彼此相距地平行布置，在所述外側(cè)波導(dǎo)板和所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板的彼此相對的表面上分別設(shè)有周期性凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其中所述外側(cè)波導(dǎo)板和所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板的金屬材質(zhì)為鋁、銅、銀、鐵、鎳中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其中所述波導(dǎo)的彎曲角度為直角，彎曲半徑大于500 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其中所述外側(cè)波導(dǎo)板和所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板形狀類似，所述外側(cè)波導(dǎo)板上的凹槽和所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板上的凹槽的尺寸和間隔周期均相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其中所述外側(cè)波導(dǎo)板上的凹槽和所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板上的凹槽關(guān)于所述外側(cè)波導(dǎo)板和所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板之間的中心線對稱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其中所述凹槽的寬度為50?500 μ m,深度為50?500 μ m,長度為不低于500 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其中所述凹槽的寬度為152μπι，深度為274 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其中所述凹槽的周期性間隔為475 μ m0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其中所述外側(cè)波導(dǎo)板的彎曲部兩個(gè)表面的圓弧半徑分別為0.8mm和1.2mm,所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板的彎曲部兩個(gè)表面的圓弧半徑分別為 0.2mm 和 0.6mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的太赫茲低損耗彎曲波導(dǎo)，其中所述外側(cè)波導(dǎo)板與所述內(nèi)側(cè)波導(dǎo)板之間的間距為0.1?0.5mm，板間及所述凹槽內(nèi)媒質(zhì)為空氣。
【文檔編號】G02B6/125GK103457009SQ201310360908
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】陳麟, 朱亦鳴, 高春梅, 徐嘉明 申請人:上海理工大學(xué)