CN102902012B - 串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器。它包括信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、第一直波导、第二直波导、第三直波导、第四直波导、第一个半圆波导结构、第二个半圆波导结构、第三个半圆波导结构、第一包覆层、第二包覆层；第一包覆层均匀对称包裹在第二直波导的周围，第二包覆层均匀对称包裹在第三直波导的周围；信号从信号输入端输入，经过第一包覆层和第二包覆层的非对称耦合作用，第一信号输出端输出TE波，第二信号输出端输出TM波，获得偏振分束性能。本发明具有结构简单，分束率高，尺寸小，成本低，便于制作等优点。
Description
技术领域
本发明涉及分束器，尤其涉及一种串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器。
背景技术
太赫兹辐射是对一个特定波段的电磁辐射的统称，它在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间，在电子学领域里，这一频段的电磁波又被称作毫米波和亚毫米波；而在光谱学领域，它也被称为远红外射线。太赫兹波频率在0.1~10THz或波长为30μm～3 mm范围内的电磁波。由于缺乏太赫兹波段的高效率的发射源和灵敏的探测器，这一波段的电磁辐射并没有得到深入研究，在太赫兹波两侧的微波和红外辐射则早已经被广泛地应用在通信、探测、光谱、成像等众多领域，太赫兹波段成为不为人熟悉的“空白”，被称为电磁波谱的太赫兹空隙。在近二十年中，主要是得益于超快光电子技术和低尺度半导体技术的发展，为太赫兹波段提供了合适的光源和探测手段，太赫兹科学和技术才得以飞速的发展。
国内外对于太赫兹波的研究主要集中在太赫兹波产生和检测技术上，对于太赫兹波的功能器件研究也已逐渐展开。太赫兹波的功能器件是太赫兹波科学技术应用中的重点和难点。现有的太赫兹波器件有太赫兹波产生和检测装置，太赫兹波传输波导，但是这些器件结构复杂、体积较大并且价格昂贵，因此小型化、低成本的太赫兹波器件是太赫兹波技术应用的关键，目前国内外很多科研机构都致力于这方面的研究并取得了一定的进展。太赫兹波偏振分束器是一种非常重要的太赫兹波器件，可用于太赫兹波系统，实现对太赫兹波的控制。因此有必要设计一种结构简单，分束效率高的太赫兹偏振分束器以满足未来太赫兹波技术应用需要。
发明内容
本发明为了克服现有技术透射率比较低，结构复杂，实际制作过程困难，成本较高的不足，提供一种高分束率的串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器。
为了达到上述的目的，本发明的技术方案如下：
串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器包括信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、第一直波导、第二直波导、第三直波导、第四直波导、第一个半圆波导结构、第二个半圆波导结构、第三个半圆波导结构、第一包覆层、第二包覆层；第一直波导的右端连接在第一个半圆波导结构的中间，且第一个半圆波导结构的开口向右；第一个半圆波导结构、第二直波导、第二个半圆波导结构、第三直波导顺次连接成一个闭合曲状结构；第二个半圆波导结构的右侧中间与第四直波导的左端相连；第四直波导的右端连接在第三个半圆波导结构的左侧中间位置，且第三个半圆波导结构的开口向右；第一包覆层均匀对称包裹在第二直波导的周围，第二包覆层均匀对称包裹在第三直波导的周围；信号从信号输入端输入，经过第一包覆层和第二包覆层的非对称耦合作用，第一包覆层和第二包覆层的材料均为双折射材料， TE和TM偏振波在双折射率材料中有不同的传输特性，第一信号输出端输出TE波；在有外加电场时，第二信号输出端输出TM波，获得偏振分束性能。
所述的第一直波导的长度为300μm~400μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm；所述的第二直波导的长度为350μm~650μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm；所述的第三直波导的长度为350μm~650μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm；所述的第四直波导的长度为350μm~550μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm。所述的第一包覆层的长度d为300μm~600μm，第二包覆层的长度L为150μm~300μm。所述的第一个半圆波导结构、第二个半圆波导结构、第三个半圆波导结构的半径均为r，r为200μm~500μm。所述的第一包覆层和第二包覆层的材料均为双折射材料。所述的第一直波导、第二直波导、第三直波导、第四直波导、第一个半圆波导结构、第二个半圆波导结构、第三个半圆波导结构的材料均为硅。
本发明的串联三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器具有结构简单，分束率高，尺寸小，成本低，便于制作等优点。
附图说明：
图1是串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器示意图；
图2是串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器参数示意图；
图3是串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器第一信号输出端TE、TM波的输出功率曲线图；
图4是串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器第二信号输出端TM、TE波的输出功率曲线图。
具体实施方式
如图1所示，串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器包括信号输入端1、第一信号输出端2、第二信号输出端3、第一直波导4、第二直波导5、第三直波导6、第四直波导7、第一个半圆波导结构8、第二个半圆波导结构9、第三个半圆波导结构10、第一包覆层11、第二包覆层12；第一直波导4的右端连接在第一个半圆波导结构8的中间，且第一个半圆波导结构8的开口向右；第一个半圆波导结构8、第二直波导5、第二个半圆波导结构9、第三直波导6顺次连接成一个闭合曲状结构；第二个半圆波导结构9的右侧中间与第四直波导7的左端相连；第四直波导7的右端连接在第三个半圆波导结构10的左侧中间位置，且第三个半圆波导结构10的开口向右；第一包覆层11均匀对称包裹在第二直波导5的周围，第二包覆层12均匀对称包裹在第三直波导6的周围；信号从信号输入端1输入，经过第一包覆层11和第二包覆层12的非对称耦合作用，第一包覆层11和第二包覆层12均为双折射材料，TE和TM偏振波在双折射率材料中有不同的传输特性，第一信号输出端输出TE波；在有外加电场时，第二信号输出端输出TM波，获得偏振分束性能。
所述的第一直波导4的长度为300μm~400μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm；所述的第二直波导5的长度为350μm~650μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm；所述的第三直波导6的长度为350μm~650μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm；所述的第四直波导7的长度为350μm~550μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm。所述的第一包覆层11的长度d为300μm~600μm，第二包覆层12的长度L为150μm~300μm。所述的第一个半圆波导结构8、第二个半圆波导结构9、第三个半圆波导结构10的半径均为r，r为200μm~500μm。所述的第一包覆层11和第二包覆层12的材料均为双折射材料。所述的第一直波导4、第二直波导5、第三直波导6、第四直波导7、第一个半圆波导结构8、第二个半圆波导结构9、第三个半圆波导结构10的材料均为硅。
实施例1
串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器：
第一直波导的长度为350μm，宽为300μm，高为250μm；第二直波导的长度为500μm，宽为300μm，高为250μm；第三直波导的长度为500μm，宽为300μm，高为250μm；第四直波导的长度为500μm，宽为300μm，高为250μm。第一包覆层的长度d为450μm，第二包覆层的长度L为200μm。第一个半圆波导结构、第二个半圆波导结构、第三个半圆波导结构的半径均为r，r为300μm。第一包覆层和第二包覆层的材料均为双折射材料。第一直波导、第二直波导、第三直波导、第四直波导、第一个半圆波导结构、第二个半圆波导结构、第三个半圆波导结构的材料均为硅。串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器第一信号输出端输出的TE波、TM波的传输曲线如图3所示，在1.0~1.5THz频段范围内，TE波的最小传输功率为98.3%，TM波的最大传输功率为0.76%。串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器第二信号输出端输出的TM波、TE波的传输曲线如图4所示，在1.0~1.5THz频段范围内，TM波最小传输功率为98.5%，TE波最大传输功率为0.72%。这说明本发明所设计的串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器的第一信号输出端输出TE波，第二信号输出端输出TM波，实现了偏振分束的功能，而且具有较高的分束效率。
Claims (6)
1.一种串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于包括信号输入端（1）、第一信号输出端（2）、第二信号输出端（3）、第一直波导（4）、第二直波导（5）、第三直波导（6）、第四直波导（7）、第一个半圆波导结构（8）、第二个半圆波导结构（9）、第三个半圆波导结构（10）、第一包覆层（11）、第二包覆层（12）；第一直波导（4）的右端连接在第一个半圆波导结构（8）的周围，且第一个半圆波导结构（8）的开口向右；第一个半圆波导结构（8）、第二直波导（5）、第二个半圆波导结构（9）、第三直波导（6）顺次连接成一个闭合曲状结构；第二个半圆波导结构（9）的右侧中间与第四直波导（7）的左端相连；第四直波导（7）的右端连接在第三个半圆波导结构（10）的左侧中间位置，且第三个半圆波导结构（10）的开口向右；第一包覆层（11）均匀对称包裹在第二直波导（5）的周围，第二包覆层（12）均匀对称包裹在第三直波导（6）的周围；信号从信号输入端（1）输入，经过第一包覆层（11）和第二包覆层（12）的非对称耦合作用，第一信号输出端（2）输出TE波，第二信号输出端（3）输出TM波，获得偏振分束性能；第一包覆层（11）和第二包覆层（12）均为双折射材料。
2.根据权利要求1所述的一种串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一直波导（4）的长度为300μm~400μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm；所述的第二直波导（5）的长度为350μm~650μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm；所述的第三直波导（6）的长度为350μm~650μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm；所述的第四直波导（7）的长度为350μm~550μm，宽为250μm~400μm，高为200μm~300μm。
3.根据权利要求1所述的一种串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一包覆层（11）的长度d为300μm~600μm，第二包覆层（12）的长度L为150μm~300μm。
4.根据权利要求1所述的一种串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一个半圆波导结构（8）、第二个半圆波导结构（9）、第三个半圆波导结构（10）的半径均为r，r为200μm~500μm。
5.根据权利要求1所述的一种串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一包覆层（11）和第二包覆层（12）的材料均为双折射材料。
6.根据权利要求1所述的一种串接三个半圆弧结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一直波导（4）、第二直波导（5）、第三直波导（6）、第四直波导（7）、第一个半圆波导结构（8）、第二个半圆波导结构（9）、第三个半圆波导结构（10）的材料均为硅。
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