CN102902016B - 孔状结构的u形太赫兹波偏振分束器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种孔状结构的U形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、孔状镂空平板偏振器；孔状镂空平板偏振器是由孔状镂空组成，孔状镂空平板偏振器上设有以中心轴对称排列的半U形孔状耦合区域、h形孔状耦合区域和S形弯道耦合区域，U形孔状耦合区域和h形孔状耦合区域由上下左右对齐排列的孔状镂空组成，U形孔状耦合区域和h形孔状耦合区域之间设有S形弯道耦合区域。信号从信号输入端输入，分束波分别从第一信号输出端，第二信号输出端输出。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，满足在太赫兹波成像，医学分析，太赫兹波通信等领域应用的要求。

Description

孔状结构的U形太赫兹波偏振分束器
技术领域
本发明涉及分束器，尤其涉及一种孔状结构的U形太赫兹波偏振分束器。
背景技术
太赫兹（Terahertz，简称THz）波是指频率在0.1THz～10THz范围内的电磁波，它处于电子学向光子学过渡的领域，集成了微波通信与光通信的优点：首先太赫兹波通信能够获得比微波通信大得多的带宽，能有效解决日益严峻的频带资源短缺的问题。另外太赫兹波具有很好的穿透性，它能以很小的衰减穿透烟尘、墙壁、碳板、布料及陶瓷等物质，解决了光通信在烟尘等恶劣环境中的局限。太赫兹波的传输特性决定了太赫兹波可以应用于无线通信。日益发展的太赫兹波技术在天文、生物医学、安全及环境监测、成像、宽带无线通信等方面均具有重大的科学价值和广阔的应用前景，其中太赫兹波通信技术具有毫米波通信及光通信的特性，可以应用于室内局域网通信等方面。国际上关于太赫兹波的研究机构大量涌现，并取得了很多研究成果，太赫兹技术仍将是未来很长一段时间世界范围内广泛研究的热点。
太赫兹波通信系统离不开各种太赫兹波功能器件的性能保障。虽然国内外对于太赫兹波功能器件的研究虽然已经逐渐展开，但是太赫兹波功能器件作为太赫兹波科学技术应用中的重点和难点，相比太赫兹波产生和检测装置及太赫兹波传输波导的快速发展，仍然需要投入大量的人力和物力进行深入的探索和研究。对太赫兹波偏振分束器进行研究对于促进太赫兹波功能器件的研究有不可或缺的重要意义。太赫兹波偏振分束器是一种非常重要的太赫兹波器件，用于控制太赫兹波系统中的太赫兹波。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，但是很少有相关报道。现有的太赫兹波偏振分束器往往结构复杂、体积较大并且价格昂贵，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，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偏振分束率比较低，结构复杂，实际制作困难，成本高的不足，提供一种孔状结构的U形太赫兹波偏振分束器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
孔状结构的U形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、孔状镂空平板偏振器；孔状镂空平板偏振器上设有以中心轴对称排列的半U形孔状耦合区域、h形孔状耦合区域和S形弯道耦合区域，U形孔状耦合区域和h形孔状耦合区域由上下左右对齐排列的孔状镂空组成，U形孔状耦合区域从上到下依次设有大矩形孔状镂空阵列、小矩形孔状镂空阵列、直角梯形孔状镂空阵列、等腰直角三角形孔状镂空阵列、直线型孔状镂空阵列，等腰直角三角形孔状镂空阵列和直线型孔状镂空阵列并行排列，h形孔状耦合区域从左到右依次设有第一矩形孔状镂空阵列、第一直角梯形孔状镂空阵列、第二矩形孔状镂空阵列、第二直角梯形孔状镂空阵列、第三矩形孔状镂空阵列，U形孔状耦合区域和h形孔状耦合区域之间设有S形弯道耦合区域，S形弯道耦合区域由两排顺次相连的同心圆弧孔状镂空组成，两圆心位于S形弯道耦合区域的异侧，信号从信号输入端输入，分束波分别从第一信号输出端，第二信号输出端输出。
所述的孔状镂空平板偏振器的长为875μm~1750μm，宽为675μm~1350μm。所述的孔状镂空的半径为20μm~40μm，相邻孔间距为45μm~50μm。所述的大矩形孔状镂空阵列和小矩形孔状镂空阵列分别由8×N个和2×N个孔状镂空组成。所述的直角梯形孔状镂空阵列为两行排列，上底边和下底边分别由12个和11个孔状镂空组成；所述的等腰直角三角形孔状镂空阵列的边由3个孔状镂空组成；所述的直线型孔状镂空阵列由5个孔状镂空组成。所述的第一矩形孔状镂空阵列、第二矩形孔状镂空阵列和第三矩形孔状镂空阵列分别由27×N个、12×N个和8×N孔状镂空组成。所述的第一直角梯形孔状镂空阵列为三行排列，上底边和下底边分别由12个和14个孔状镂空组成；所述的第二直角梯形孔状镂空阵列为两行排列，上底边和下底边分别由10个和11个孔状镂空组成。所述的S形弯道耦合区域的上半部分由上侧的9个和下侧的7个孔状镂空组成，上下两侧孔状镂空之间的距离a为90μm~100μm，同侧相邻孔状镂空圆心间的角度θ1为8°~10°；S形弯道耦合区域的下半部分由上侧的9个和下侧的9个孔状镂空组成，上下两侧孔状镂空之间的距离a为90μm~100μm，同侧相邻孔状镂空圆心间的角度θ2为8°~10°。
本发明的孔状结构的U形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，满足在太赫兹波成像，医学分析，太赫兹波通信等领域应用的要求。
附图说明：
图1是孔状结构的U形太赫兹波偏振分束器的二维结构示意图；
图2是S形弯道耦合区域的上半部分构示意图及尺寸说明图；
图3是S形弯道耦合区域的下半部分结构示意图及尺寸说明图；
图4是太赫兹波偏振分束器第一信号输出端的TE、TM波传输率曲线；
图5是太赫兹波偏振分束器第二信号输出端的TM、TE波传输率曲线。
具体实施方式
如图1~4所示，孔状结构的U形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、孔状镂空平板偏振器4；孔状镂空平板偏振器4是由孔状镂空5组成，孔状镂空平板偏振器4上设有以中心轴对称排列的半U形孔状耦合区域、h形孔状耦合区域和S形弯道耦合区域，U形孔状耦合区域和h形孔状耦合区域由上下左右对齐排列的孔状镂空5组成，U形孔状耦合区域从上到下依次设有大矩形孔状镂空阵列6、小矩形孔状镂空阵列7、直角梯形孔状镂空阵列8、等腰直角三角形孔状镂空阵列9、直线型孔状镂空阵列10，等腰直角三角形孔状镂空阵列9和直线型孔状镂空阵列10并行排列，h形孔状耦合区域从左到右依次设有第一矩形孔状镂空阵列11、第一直角梯形孔状镂空阵列12、第二矩形孔状镂空阵列13、第二直角梯形孔状镂空阵列14、第三矩形孔状镂空阵列15，U形孔状耦合区域和h形孔状耦合区域之间设有S形弯道耦合区域，S形弯道耦合区域由两排顺次相连的同心圆弧孔状镂空组成，两圆心位于S形弯道耦合区域的异侧，信号从信号输入端1输入，分束波分别从第一信号输出端2，第二信号输出端3输出。
所述的孔状镂空平板偏振器4的长为875μm~1750μm，宽为675μm~1350μm。所述的孔状镂空5的半径为20μm~40μm，相邻孔间距为45μm~50μm。所述的大矩形孔状镂空阵列6和小矩形孔状镂空阵列7分别由8×N个和2×N个孔状镂空5组成。所述的直角梯形孔状镂空阵列8为两行排列，上底边和下底边分别由12个和11个孔状镂空5组成；所述的等腰直角三角形孔状镂空阵列9的边由3个孔状镂空5组成；所述的直线型孔状镂空阵列10由5个孔状镂空5组成。所述的第一矩形孔状镂空阵列11、第二矩形孔状镂空阵列13和第三矩形孔状镂空阵列15分别由27×N个、12×N个和8×N孔状镂空5组成。所述的第一直角梯形孔状镂空阵列12为三行排列，上底边和下底边分别由12个和14个孔状镂空5组成；所述的第二直角梯形孔状镂空阵列14为两行排列，上底边和下底边分别由10个和11个孔状镂空5组成。所述的S形弯道耦合区域的上半部分由上侧的9个和下侧的7个孔状镂空5组成，上下两侧孔状镂空之间的距离a为90μm~100μm，同侧相邻孔状镂空圆心间的角度θ1为8°~10°；S形弯道耦合区域的下半部分由上侧的9个和下侧的9个孔状镂空5组成，上下两侧孔状镂空之间的距离a为90μm~100μm，同侧相邻孔状镂空圆心间的角度θ2为8°~10°。
实施例1
孔状镂空平板偏振器的长为875μm，宽为675μm。孔状镂空的半径为20μm，相邻孔间距为45μm。大矩形孔状镂空阵列和小矩形孔状镂空阵列分别由8×14个和2×13个孔状镂空组成。直角梯形孔状镂空阵列为两行排列，上底边和下底边分别由12个和11个孔状镂空组成；等腰直角三角形孔状镂空阵列的边由3个孔状镂空组成；直线型孔状镂空阵列由5个孔状镂空组成。第一矩形孔状镂空阵列、第二矩形孔状镂空阵列和第三矩形孔状镂空阵列分别由27×4个、12×6个和8×3孔状镂空组成。第一直角梯形孔状镂空阵列为三行排列，上底边和下底边分别由12个和14个孔状镂空组成；第二直角梯形孔状镂空阵列为两行排列，上底边和下底边分别由10个和11个孔状镂空组成。S形弯道耦合区域的上半部分由上侧的9个和下侧的7个孔状镂空组成，上下两侧孔状镂空之间的距离a为90μm，同侧相邻孔状镂空圆心间的角度θ1为10°；S形弯道耦合区域的下半部分由上侧的9个和下侧的9个孔状镂空组成，上下两侧孔状镂空之间的距离a为90μm，同侧相邻孔状镂空圆心间的角度θ2为10°。孔状结构的U形太赫兹波偏振分束器的第一信号输出端的TE波、TM波传输率曲线如图4所示，在0.5~1.4THz频段TE波最大传输率为0.98，TM波最小传输率为0.02。孔状结构的U形太赫兹波偏振分束器的第二信号输出端的TM波、TE波传输率曲线如图5所示，在0.5~1.4THz频段TM波最大传输率为0.986，TE波最小传输率为0.012。

Claims (1)

1.一种孔状结构的U形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）、孔状镂空平板偏振器（4）；孔状镂空平板偏振器（4）上设有以中心轴对称排列的U形孔状耦合区域、h形孔状耦合区域和S形弯道耦合区域，U形孔状耦合区域和h形孔状耦合区域由上下左右对齐排列的孔状镂空（5）组成，U形孔状耦合区域从上到下依次设有大矩形孔状镂空阵列（6）、小矩形孔状镂空阵列（7）、直角梯形孔状镂空阵列（8）、等腰直角三角形孔状镂空阵列（9）、直线型孔状镂空阵列（10），等腰直角三角形孔状镂空阵列（9）和直线型孔状镂空阵列（10）并行排列，h形孔状耦合区域从左到右依次设有第一矩形孔状镂空阵列（11）、第一直角梯形孔状镂空阵列（12）、第二矩形孔状镂空阵列（13）、第二直角梯形孔状镂空阵列（14）、第三矩形孔状镂空阵列（15），U形孔状耦合区域和h形孔状耦合区域之间设有S形弯道耦合区域，S形弯道耦合区域由两排顺次相连的同心圆弧孔状镂空组成，两圆心位于S形弯道耦合区域的异侧，信号从信号输入端（1）输入，分束波分别从第一信号输出端（2），第二信号输出端（3）输出；所述的孔状镂空平板偏振器（4）的长为875μm~1750μm，宽为675μm~1350μm；所述的孔状镂空（5）的半径为20μm~40μm，相邻孔间距为45μm~50μm；所述的大矩形孔状镂空阵列（6）和小矩形孔状镂空阵列（7）分别由8×N个和2×N个孔状镂空（5）组成；所述的直角梯形孔状镂空阵列（8）为两行排列，上底边和下底边分别由12个和11个孔状镂空（5）组成；所述的等腰直角三角形孔状镂空阵列（9）的边由3个孔状镂空（5）组成；所述的直线型孔状镂空阵列（10）由5个孔状镂空（5）组成；所述的第一矩形孔状镂空阵列（11）、第二矩形孔状镂空阵列（13）和第三矩形孔状镂空阵列（15）分别由27×N个、12×N个和8×N孔状镂空（5）组成；所述的第一直角梯形孔状镂空阵列（12）为三行排列，上底边和下底边分别由12个和14个孔状镂空（5）组成；所述的第二直角梯形孔状镂空阵列（14）为两行排列，上底边和下底边分别由10个和11个孔状镂空（5）组成；所述的S形弯道耦合区域的上半部分由上侧的9个和下侧的7个孔状镂空（5）组成，上下两侧孔状镂空之间的距离a为90μm~100μm，同侧相邻孔状镂空圆心间的角度θ1为8°~10°；S形弯道耦合区域的下半部分由上侧的9个和下侧的9个孔状镂空（5）组成，上下两侧孔状镂空之间的距离a为90μm~100μm，同侧相邻孔状镂空圆心间的角度θ2为8°~10°。
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