一種基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)，包括太赫茲波發(fā)生器、光子晶體、透鏡和探測器，光子晶體為光子晶體，光子晶體斜邊旁豎直緊接著凸透鏡，太赫茲波發(fā)生器發(fā)出的入射光從光子晶體的底面向上垂直入射，一部分光發(fā)生負折射并折射出光子晶體斜邊成為折射光，折射光經(jīng)過凸透鏡的會聚，探測器接收經(jīng)過凸透鏡的出射光。結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于集成；基于負折射原理，入射光和出射光不在同一方向，能夠有效的減小雜散光的干擾；該太赫茲光開關(guān)實現(xiàn)了光路的選擇，消光比可達到20dB以上，可滿足在太赫茲通信等領(lǐng)域的工作要求；200MHz的太赫茲波線寬即可滿足入射光要求，且該開關(guān)在21℃到30℃之間均展現(xiàn)了良好的工作特性。
【專利說明】一種基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太赫茲應(yīng)用技術(shù)，特別涉及一種基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控 太赫茲波光開關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲波是頻率在0· 1?10 THz (波長在30um?3mm，lTHz=1012 Hz)范圍內(nèi)的 電磁波。太赫茲波在傳輸中能攜帶更多信息而且對很多材料的穿透性很強，因而廣泛的用 于成像和樣本分析，同時，太赫茲與物質(zhì)發(fā)生相互作用時是無損的，因而可以用于安檢，醫(yī) 學(xué)診斷及生物材料等。此外，利用現(xiàn)代微加工技術(shù)，對于THz波段的微結(jié)構(gòu)器件的加工也變 得十分容易。如今，太赫茲的應(yīng)用在不斷的開發(fā)研究當(dāng)中，其廣闊的科學(xué)前景為世界所公 認。特別是目前人們對于無線通信的要求越來越高，而太赫茲具有頻率高，帶寬寬，信道數(shù) 多等優(yōu)點，在傳輸速度上能夠達到lOGbps，比現(xiàn)有寬帶速度提高了成百甚至上千倍。因此， 太赫茲波段的無線傳輸具有廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)價值。
[0003] 太赫茲波開關(guān)是一種非常重要的太赫茲波器件，用于控制太赫茲波的傳輸?，F(xiàn)有 的光開關(guān)往往體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此有必要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，消光比高的光 開關(guān)以滿足未來太赫茲通信的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是針對現(xiàn)在太赫茲波開關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提出了一種基于光子晶體負折 射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)，利用光子晶體的負折射效應(yīng)，避免了太赫茲波在器件中傳 輸時光泄漏的影響并實現(xiàn)了光路的選擇。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)，包 括太赫茲波發(fā)生器、光子晶體、透鏡和探測器，光子晶體為光子晶體，光子晶體斜邊旁堅直 緊接著凸透鏡，太赫茲波發(fā)生器發(fā)出的入射光從光子晶體的底面向上垂直入射，一部分光 發(fā)生負折射并折射出光子晶體斜邊成為折射光，折射光經(jīng)過凸透鏡的會聚，探測器接收經(jīng) 過凸透鏡的出射光。
[0006] 所述光子晶體內(nèi)層由圓柱硅體按照六邊形晶格周期性排列，圓柱硅體之間填充有 5CB型液晶，外層通過光電導(dǎo)體薄板密封。所述圓形娃柱的直徑的范圍為70um?75. 6um， 所述晶格的晶格常數(shù)為125um?135um。
[0007] 所述太赫茲波發(fā)生器出射太赫茲的頻率范圍可以為0. 747THZ?0. 752THZ。
[0008] 所述凸透鏡的材料為硅且曲面半徑為120um。
[0009] 所述探測器采用半導(dǎo)體光功率探頭。
[0010] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開 關(guān)，該器件結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于集成，且基于負折射原理，入射光和出射光不在同一方 向，能夠有效的減小雜散光的干擾問題；該太赫茲光開關(guān)實現(xiàn)了光路的選擇，消光比可達到 20dB以上，可滿足在太赫茲通信等領(lǐng)域的工作要求；200MHz的太赫茲波線寬即可滿足入 射光要求，且該開關(guān)在21°C到30°C之間均展現(xiàn)了良好的工作特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實施例中的太赫茲光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例中的光子晶體的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例中的太赫茲光開關(guān)效果圖； 圖4為本發(fā)明在實施例中的太赫茲光開關(guān)正常工作的太赫茲頻率范圍圖； 圖5為本發(fā)明在實施例中的太赫茲光開關(guān)正常工作的溫度區(qū)間圖。

【具體實施方式】
[0012] 如圖1所示太赫茲光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖，太赫茲光開關(guān)包括太赫茲波發(fā)生器9、光 子晶體5、凸透鏡4和兩個探測器Pi 10和己11。
[0013] 如圖2所示光子晶體的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖，一個直角梯形柱體結(jié)構(gòu)的光子晶體5,該 光子晶體5是將直徑為72. 的圓柱硅體7按照六邊形晶格周期性排列在其中，晶格常數(shù) 為13〇?，其外層通過光電導(dǎo)體薄板8密封而成，其中圓柱硅體7之間填充有5CB型液晶6。
[0014] 光子晶體5斜邊后堅直緊接著一個凸透鏡4,凸透鏡4的材料為硅且曲面半徑為 12〇? ;兩個探測器Pi 10和P2 11在同一堅直線上上下放置，接收太赫茲波的通道。
[0015] 該太赫茲波光開關(guān)的使用方法是：太赫茲波發(fā)生器9發(fā)出的入射光從光子晶 體5的底面向上垂直入射，入射光束1射到光子晶體5的左斜側(cè)層面上，部分光束發(fā)生反 射成為反射光2遠離入射光1，另一部分光發(fā)生負折射并折射出該層面成為折射光3,由 于5CB型液晶6在各向異性介質(zhì)中具有雙折射特性，當(dāng)外場電壓從IV變?yōu)?V時，通過光 電導(dǎo)體薄板8使液晶分子的旋轉(zhuǎn)角從0°變?yōu)?0°，從而導(dǎo)致5CB型液晶從正常折射率 變化到反常折射率〃+ ，進而影響折射光3從光子晶體5左斜側(cè)面的出射時折射角的變 化，折射光3經(jīng)過凸透鏡4的會聚作用，在不同折射角的情況下，其位于凸透鏡4左端的兩 個半導(dǎo)體光功率探測器Pi 10和Ρ2 11接收經(jīng)過透鏡4的出射光并測定出各自接收到的光 功率。
[0016] 圖3為本發(fā)明在實施例中的開關(guān)效果圖；在入射光頻率為0.750ΤΗΖ和光子晶體圓 形硅柱的直徑為72. Sum的情況下，從圖3中可以看出，Pi 口的光功率隨液晶6折射率的增 大而增大，P2 口的光功率隨折射率的增大而減小。在/1e, = L 58和77時，太赫茲光開關(guān) 的消光比分別達到了 22. 24dB和22. 89dB。
[0017] 本發(fā)明的太赫茲波長工作區(qū)間如圖4所示；太赫茲的頻率范圍可以為0.747THZ? 0. 752 THz(對應(yīng)歸一化頻率0. 324?0. 326)，此范圍內(nèi)太赫茲光開關(guān)的消光比可達到20dB 以上。
[0018] 本發(fā)明的溫度工作區(qū)間區(qū)間如圖5所示，器件的工作環(huán)境溫度可以為21°C? 30°C，此范圍內(nèi)太赫茲光開關(guān)的消光比可達到20dB以上。
[0019] 所述圓形硅柱7的直徑的范圍為70um?75. 6um。所述晶格的晶格常數(shù)為125um? 135um。所述光功率探頭為半導(dǎo)體光功率探頭。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)，其特征在于，包括太赫茲波 發(fā)生器（9)、光子晶體（5)、透鏡（4)和探測器，光子晶體（5)為光子晶體（5)，光子晶體（5) 斜邊旁堅直緊接著凸透鏡（4)，太赫茲波發(fā)生器（9)發(fā)出的入射光從光子晶體（5)的底面向 上垂直入射，一部分光發(fā)生負折射并折射出光子晶體（5)斜邊成為折射光，折射光經(jīng)過凸透 鏡（4)的會聚，探測器接收經(jīng)過凸透鏡（4)的出射光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)，其特征在 于，所述光子晶體（5)內(nèi)層由圓柱硅體（7)按照六邊形晶格周期性排列，圓柱硅體（7)之間 填充有5CB型液晶（6)，外層通過光電導(dǎo)體薄板（8)密封。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)，其特征在 于，所述圓形硅柱（7)的直徑的范圍為70um?75.6um，所述晶格的晶格常數(shù)為125um? 135um〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)，其特征在 于，所述太赫茲波發(fā)生器（9)出射太赫茲的頻率范圍可以為0. 747THz?0. 752 THz。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)，其特征在 于，所述凸透鏡（4)的材料為硅且曲面半徑為120_。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光子晶體負折射效應(yīng)的電控太赫茲波光開關(guān)，其特征在 于，所述探測器采用半導(dǎo)體光功率探頭。
【文檔編號】G02F1/01GK104155777SQ201410450711
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】高倫, 梁斌明, 王婷 申請人:上海理工大學(xué)