專利名稱：太赫茲波高速開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太赫茲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太赫茲波開關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
太赫茲(THz，ITHz = IO12Hz)波是指頻率從0. ITHz到IOTHz介于毫米波與紅外光之間頻譜范圍的電磁波譜區(qū)域。太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)是20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型光譜測(cè)量技術(shù)。它以太赫茲輻射作為探測(cè)源，利用電光采樣或光電導(dǎo)采樣方法直接記錄太赫茲輻射電場(chǎng)的振幅時(shí)間波形，通過(guò)傅立葉變換得到測(cè)量信號(hào)振幅和相位的光譜分布，進(jìn)而獲得材料在太赫茲波段的吸收和色散等信息。近年來(lái)，太赫茲輻射以它獨(dú)特的性質(zhì)成為一種有效的安全檢查手段。太赫茲輻射在安檢領(lǐng)域有它特有的優(yōu)勢(shì)(I)瞬態(tài)性太赫茲脈沖的典型脈寬在皮秒量級(jí)，可以方便地對(duì)各種材料(包括液體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、生 物樣品等)進(jìn)行時(shí)間分辨的研究。(2)低能性太赫茲光子的能量只有毫電子伏特，與X射線相比，不會(huì)因?yàn)殡婋x而破壞被檢測(cè)的物質(zhì)。(3)穿透性太赫茲輻射對(duì)于電介質(zhì)材料及塑料、紙箱等包裝材料有很強(qiáng)的穿透力。此外，太赫茲技術(shù)在通訊、醫(yī)療診斷、健康檢測(cè)、環(huán)境控制、化學(xué)與生物傳感、及質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)前太赫茲技術(shù)逐漸成為世界范圍內(nèi)廣泛研究的熱點(diǎn)，國(guó)際上關(guān)于太赫茲波的研究機(jī)構(gòu)大量涌現(xiàn)，并取得了很多研究成果。由于在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間里太赫茲波源的問(wèn)題未能很好解決，太赫茲波科學(xué)技術(shù)的發(fā)展受到限制，從而使其應(yīng)用潛能未能發(fā)揮出來(lái)。目前國(guó)際上已經(jīng)成功研制出多種太赫茲波源和檢測(cè)裝置，使得太赫茲波技術(shù)在成像、醫(yī)學(xué)診斷、無(wú)線通信、空間天文學(xué)等領(lǐng)域逐漸獲得應(yīng)用，然而這些系統(tǒng)需要對(duì)太赫茲波進(jìn)行開關(guān)控制，但是現(xiàn)有的太赫茲波開關(guān)存在著開關(guān)響應(yīng)速度慢、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作困難、價(jià)格昂貴等不足，因此非常有必要研究開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、制作成本低的太赫茲波高速開關(guān)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種太赫茲波高速開關(guān)裝置。太赫茲波開關(guān)裝置包括太赫茲波輸入端、太赫茲波輸出端、太赫茲波探測(cè)器、激光發(fā)射器、外加激光輸入端、半圓柱形高阻硅棱鏡、金屬薄膜、聚合物；在聚合物上設(shè)有金屬薄膜，聚合物和金屬薄膜均為長(zhǎng)方體，金屬薄膜上設(shè)有半圓柱形玻璃棱鏡，半圓柱形高阻硅棱鏡的切面為長(zhǎng)方形，半圓柱形高阻硅棱鏡下底面的長(zhǎng)方形與金屬薄膜長(zhǎng)方體平行且大小相等，激光發(fā)射器發(fā)出激光經(jīng)過(guò)外加激光輸入端射入聚合物，太赫茲波從半圓柱形高阻硅棱鏡一側(cè)面的太赫茲波輸入端輸入，進(jìn)入半圓柱形高阻硅棱鏡，經(jīng)反射后從半圓柱形高阻硅棱鏡另一側(cè)面的太赫茲波輸出端輸出后，由太赫茲波輸出端端部的太赫茲波探測(cè)器探測(cè)輸出的太赫茲波。所述的半圓柱形玻璃棱鏡的半徑為10mnT20mm。所述的金屬薄膜的厚度為50nnT60nm。所述的聚合物的厚度為2 y m 20 y m。[0007]太赫茲波高速開關(guān)方法是當(dāng)激光輸入端無(wú)外加激光時(shí)，以60°角度入射的太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入，從半圓柱形高阻硅棱鏡一邊側(cè)面入射到半圓柱形高阻硅棱鏡側(cè)面，從半圓柱形高阻硅棱鏡另一邊側(cè)面反射輸出至太赫茲波輸出端，此時(shí)太赫茲波探測(cè)器探測(cè)到輸出的太赫茲波；當(dāng)外加激光輸入端有外加激光時(shí)，聚合物介電常數(shù)產(chǎn)生變化，共振導(dǎo)模頻率產(chǎn)生改變，以60°角度入射的太赫茲波在半圓柱形高阻硅棱鏡一邊側(cè)面入射后，從半圓柱形高阻硅棱鏡另一邊側(cè)面反射輸出至太赫茲波第二輸出端的強(qiáng)度變?nèi)?，此時(shí)，太赫茲波探測(cè)器不能探測(cè)到輸出的太赫茲波。由于利用外加激光控制聚合物介電常數(shù)產(chǎn)生變化的時(shí)間可達(dá)皮秒量級(jí)，因此通過(guò)該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的高速開關(guān)控制。本實(shí)用新型的太赫茲波高速開關(guān)裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快，制作成本低，滿足在太赫茲波成像、太赫茲波通信、太赫茲波空間天文學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用的要求。

圖I是太赫茲波高速開關(guān)裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是太赫茲波聞速開關(guān)裝置的立體結(jié)構(gòu)不意圖； 圖3是高阻硅棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是無(wú)外加激光射入時(shí)，太赫茲波高速開關(guān)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模圖；圖5是有外加激光射入時(shí)，太赫茲波高速開關(guān)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模圖；圖6是無(wú)外加激光射入時(shí)，太赫茲波高速開關(guān)結(jié)構(gòu)中的太赫茲波穩(wěn)態(tài)傳輸示意圖；圖7是有外加激光射入時(shí)，太赫茲波高速開關(guān)結(jié)構(gòu)中的太赫茲波穩(wěn)態(tài)傳輸示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖廣3所示，太赫茲波高速開關(guān)，其特征在于太赫茲波輸入端I、太赫茲波輸出端2、太赫茲波探測(cè)器3、激光發(fā)射器4、外加激光輸入端5、半圓柱形高阻硅棱鏡6、金屬薄膜
7、聚合物8 ;在聚合物8上設(shè)有金屬薄膜7，聚合物8和金屬薄膜7均為長(zhǎng)方體，金屬薄膜7上設(shè)有半圓柱形玻璃棱鏡6,半圓柱形高阻娃棱鏡6的切面為長(zhǎng)方形,半圓柱形高阻娃棱鏡6下底面的長(zhǎng)方形與金屬薄膜7長(zhǎng)方體平行且大小相等，激光發(fā)射器4發(fā)出激光經(jīng)過(guò)外加激光輸入端5射入聚合物8，太赫茲波從半圓柱形高阻硅棱鏡6 —側(cè)面的太赫茲波輸入端I輸入，進(jìn)入半圓柱形高阻硅棱鏡6，經(jīng)反射后從半圓柱形高阻硅棱鏡6另一側(cè)面的太赫茲波輸出端2輸出后，由太赫茲波輸出端2端部的太赫茲波探測(cè)器3探測(cè)輸出的太赫茲波。所述的半圓柱形高阻娃棱鏡6半徑為10mnT20mm。所述的金屬薄膜7厚度為50nnT60nm。所述的聚合物8厚度為2 y m 20 u m。太赫茲波聞速開關(guān)方法是半圓柱形高阻娃棱鏡的半徑為IOmm ;金屬薄膜材料采用銀,厚度為50nm ;聚合物材料采用C513摻雜聚苯乙烯，厚度為10 u m。外加激光輸入端5無(wú)激光時(shí)，以60°角度入射的太赫茲波從太赫茲波輸入端I輸入，從半圓柱形高阻硅棱鏡6 —側(cè)面入射到半圓柱形高阻硅棱鏡6側(cè)面，從半圓柱形高阻硅棱鏡6另一側(cè)面反射輸出至太赫茲波輸出端2，此時(shí)太赫茲波探測(cè)器3探測(cè)到輸出的太赫茲波；當(dāng)外加激光輸入端5有外加激光時(shí)，聚合物8介電常數(shù)產(chǎn)生變化，共振導(dǎo)模頻率產(chǎn)生改變，以60°角度入射的太赫茲波在半圓柱形高阻硅棱鏡6 —側(cè)面入射后，從半圓柱形高阻硅棱鏡6另一側(cè)面反射輸出至太赫茲波第二輸出端5的強(qiáng)度變?nèi)?，此時(shí)，太赫茲波探測(cè)器3不能探測(cè)到輸出的太赫茲波。由于利用外加激光控制聚合物8介電常數(shù)產(chǎn)生變化的時(shí)間可達(dá)皮秒量級(jí)，因此通過(guò)該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的高速開關(guān)控制。實(shí)施例I0. 3THz頻率的太赫茲波開關(guān)選擇Microtech出售的BWOs，其中返波管型號(hào)選為QS2-500 (頻率在0. 1-0. 5THz頻段可調(diào)諧)。選擇太赫茲通信用的太赫茲波頻率為0.3THZ。設(shè)計(jì)的半圓柱形高阻硅棱鏡的半徑為IOmm ;金屬薄膜材料采用銀,厚度為50nm ;聚合物材料采用C513摻雜聚苯乙烯，厚度為10 u m。外加激光輸入端5無(wú)激光時(shí)，以60°角度入射的太赫茲波從太赫茲波輸入端I輸入，從半圓柱形高阻娃棱鏡6 —側(cè)面入射到半圓柱形高阻娃棱鏡6側(cè)面,從半圓柱形 高阻硅棱鏡6另一側(cè)面反射輸出至太赫茲波輸出端2，此時(shí)太赫茲波探測(cè)器3探測(cè)到輸出的太赫茲波；當(dāng)外加激光輸入端5有外加激光時(shí)，聚合物8介電常數(shù)產(chǎn)生變化，共振導(dǎo)模頻率產(chǎn)生改變，以60°角度入射的太赫茲波在半圓柱形高阻硅棱鏡6 —側(cè)面入射后，從半圓柱形高阻硅棱鏡6另一側(cè)面反射輸出至太赫茲波第二輸出端5的強(qiáng)度變?nèi)酰藭r(shí)，太赫茲波探測(cè)器3不能探測(cè)到輸出的太赫茲波。獲得的無(wú)外加激光射入時(shí)，太赫茲波高速開關(guān)結(jié)構(gòu)中的太赫茲波穩(wěn)態(tài)傳輸情況如附圖6 ;有外加激光射入時(shí)，太赫茲波聞速開關(guān)結(jié)構(gòu)中的太赫茲波穩(wěn)態(tài)傳輸情況如附圖7。該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的開關(guān)控制速度達(dá)到皮秒量級(jí)。
權(quán)利要求1.一種太赫茲波高速開關(guān)裝置，其特征在于包括太赫茲波輸入端(I)、太赫茲波輸出端(2)、太赫茲波探測(cè)器(3)、激光發(fā)射器(4)、外加激光輸入端(5)、半圓柱形高阻硅棱鏡(6 )、金屬薄膜(7 )、聚合物(8 );在聚合物(8 )上設(shè)有金屬薄膜(7 )，聚合物(8 )和金屬薄膜(7)均為長(zhǎng)方體，金屬薄膜(7)上設(shè)有半圓柱形玻璃棱鏡(6)，半圓柱形高阻硅棱鏡(6)的切面為長(zhǎng)方形，半圓柱形高阻硅棱鏡(6)下底面的長(zhǎng)方形與金屬薄膜(7)長(zhǎng)方體平行且大小相等，激光發(fā)射器(4)發(fā)出激光經(jīng)過(guò)外加激光輸入端(5)射入聚合物(8)，太赫茲波從半圓柱形高阻硅棱鏡(6)—側(cè)面的太赫茲波輸入端(I)輸入，進(jìn)入半圓柱形高阻硅棱鏡(6)，經(jīng)反射后從半圓柱形高阻娃棱鏡(6)另一側(cè)面的太赫茲波輸出端(2)輸出后，由太赫茲波輸出端(2)端部的太赫茲波探測(cè)器(3)探測(cè)輸出的太赫茲波。
2.如權(quán)利要求I所述的一種太赫茲波高速開關(guān)裝置，其特征在于所述的半圓柱形高阻娃棱鏡(6)的半徑為10 20mm。
3.如權(quán)利要求I所述的一種太赫茲波高速開關(guān)裝置，其特征在于所述的金屬薄膜(7)的厚度為5(T60nm。
4.如權(quán)利要求I所述的一種太赫茲波高速開關(guān)裝置，其特征在于所述的聚合物(8)的厚度為2 20iim。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高速太赫茲開關(guān)裝置。在聚合物上設(shè)有金屬薄膜，聚合物和金屬薄膜均為長(zhǎng)方體，金屬薄膜上設(shè)有半圓柱形玻璃棱鏡，半圓柱形高阻硅棱鏡的切面為長(zhǎng)方形，半圓柱形高阻硅棱鏡下底面的長(zhǎng)方形與金屬薄膜長(zhǎng)方體平行且大小相等，激光發(fā)射器發(fā)出激光經(jīng)過(guò)外加激光輸入端射入聚合物，太赫茲波從半圓柱形高阻硅棱鏡一側(cè)面的太赫茲波輸入端輸入，進(jìn)入半圓柱形高阻硅棱鏡，經(jīng)反射后從半圓柱形高阻硅棱鏡另一側(cè)面的太赫茲波輸出端輸出后，由太赫茲波輸出端端部的太赫茲波探測(cè)器探測(cè)輸出的太赫茲波。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快，損耗小，制作成本低，滿足在太赫茲波成像、太赫茲波通信、太赫茲波空間天文學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用的需求。
文檔編號(hào)H01P1/10GK202523815SQ20112053825
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者李九生 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院