CN102928917A - 双扇环形太赫兹波偏振分束器 - Google Patents

双扇环形太赫兹波偏振分束器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双扇环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、基体、第一直波导、第二直波导、第一圆弧形波导、第二圆弧形波导、第一扇环形波导、第二扇环形波导；基体上设有第一直波导、第二直波导、第一圆弧形波导、第二圆弧形波导、第一扇环形波导、第二扇环形波导；太赫兹波从信号输入端输入，第一信号输出端输出TE波，第二信号输出端输出TM波，达到偏振分束的功能。本发明具有分束率高、结构简单、尺寸小、成本低、易于制作等优点。

Description

双扇环形太赫兹波偏振分束器
技术领域
本发明涉及分束器，尤其涉及一种双扇环形太赫兹波偏振分束器。
背景技术
太赫兹辐射，也被称为太赫兹波、T射线、亚毫米波、远红外线等，其波段位于毫米波与远红外线之间。从能量辐射上看，其大小在电子和光子之间，属于电子学向光子学的过渡区，处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。虽然早在上世纪20年代就有人对太赫兹辐射产生了浓厚的兴趣，但由于太赫兹产生和探测技术与十分成熟的微波、光学技术相比仍然十分落后，苦于未能找到具有高能量、高效率、低造价且能在室温下稳定运转的太赫兹波辐射源，所以在上世纪80年代中期以前，人们对这个频段的电磁波特性知之甚少，形成了远红外线和毫米波之间所谓的“太赫兹空隙”。由于物质在太赫兹波频段的发射、反射和透射光谱中包含有丰富的物理和化学信息，并且太赫兹波辐射源与传统光源相比，具有相干性、低能性、高穿透性等独特、优异的特性，与太赫兹辐射相关的太赫兹波技术逐渐成为国际研究的热点。它在物理、化学、天文学、生命科学、医学成像、食品检验、通信等领域具有巨大的科学研究价值和广阔的应用前景。
太赫兹通信是指用太赫兹波作为信息载体进行的通信技术，太赫兹波的功能器件是太赫兹通信中的重点和难点。现有的太赫兹波器件结构复杂、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。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。目前国内外很多科研机构都致力于太赫兹偏振分束器的研究并取得了一定的进展，但是它们的结构复杂、成本高、体积大、难以制作。因此有必要设计一种结构简单，尺寸小、分束效率高的太赫兹偏振分束器以满足未来太赫兹波通信技术应用需要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术分束率比较低，结构复杂，实际制作过程困难的不足，提供一种高分束率、结构简单、易于制作的双扇环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：
双扇环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、基体、第一直波导、第二直波导、第一圆弧形波导、第二圆弧形波导、第一扇环形波导、第二扇环形波导；基体上设有第一直波导、第二直波导、第一圆弧形波导、第二圆弧形波导、第一扇环形波导、第二扇环形波导；第一直波导、第二直波导分别横向平行放置在基体上；第一直波导与第二直波导之间设有由第一圆弧形波导、第一扇环形波导、第二圆弧形波导、第二扇环形波导连接成一个闭合对称结构，第一圆弧形波导在第一直波导的下侧中心位置，第二圆弧形波导在第二直波导的左上侧，第一圆弧形波导的左端连接在第一扇环形波导上直边的中心，第二圆弧形波导的左端连接在第一扇环形波导下直边的中心，第一圆弧形波导的右端连接在第二扇环形波导上直边的中心，第二圆弧形波导的右端连接在第二扇环形波导下直边的中心；太赫兹波从信号输入端输入，第一信号输出端输出TE波，第二信号输出端输出TM波，达到偏振分束的功能。
所述的基体的材料为二氧化硅，长度为1000μm~1200μm，宽度为1000μm~1200μm，厚度为200μm~300μm。所述的波导的宽度均为40μm~60μm，厚度均为30μm~50μm。所述的第一直波导的长度为500μm~800μm；所述的第二直波导的长度为400μm~500μm。所述的第一圆弧形波导和第二圆弧形波导的内径R均为300μm~400μm。所述的第一扇环形波导和第二扇环形波导的内侧圆弧的内径r1均为90μm~100μm；外侧圆弧的内径r2均为240μm~250μm；圆弧所对应的圆心角A为30°~60°。所述的第一直波导与第一圆弧形波导之间的距离为20μm~30μm。所述的第二直波导与第二圆弧形波导之间的距离为20μm~30μm。所述的第一直波导、第二直波导、第一圆弧形波导、第二圆弧形波导、第一扇环形波导、第二扇环形波导的材料均为硅。
本发明的双扇环形太赫兹波偏振分束器具有结构简单、尺寸小、分束率高、成本低、便于制作等优点。
附图说明
图1是双扇环形太赫兹波偏振分束器的三维立体图；
图2是双扇环形太赫兹波偏振分束器的平面结构示意图；
图3是双扇环形太赫兹波偏振分束器的参数尺寸示意图；
图4是双扇环形太赫兹波偏振分束器的第一信号输出端TE、TM波的传输曲线图；
图5是双扇环形太赫兹波偏振分束器的第二信号输出端的TM、TE波的传输曲线图。
具体实施方式
如图1~3所示，双扇环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、基体4、第一直波导5、第二直波导6、第一圆弧形波导7、第二圆弧形波导8、第一扇环形波导9、第二扇环形波导10；基体4上设有第一直波导5、第二直波导6、第一圆弧形波导7、第二圆弧形波导8、第一扇环形波导9、第二扇环形波导10；第一直波导5、第二直波导6分别横向平行放置在基体4上；第一直波导5与第二直波导6之间设有由第一圆弧形波导7、第一扇环形波导9、第二圆弧形波导8、第二扇环形波导10连接成一个闭合对称结构，第一圆弧形波导7在第一直波导5的下侧中心位置，第二圆弧形波导8在第二直波导6的左上侧，第一圆弧形波导7的左端连接在第一扇环形波导9上直边的中心，第二圆弧形波导8的左端连接在第一扇环形波导9下直边的中心，第一圆弧形波导7的右端连接在第二扇环形波导10上直边的中心，第二圆弧形波导8的右端连接在第二扇环形波导10下直边的中心；太赫兹波从信号输入端1输入，第一信号输出端2输出TE波，第二信号输出端3输出TM波，达到偏振分束的功能。
所述的基体4的材料为二氧化硅，长度为1000μm~1200μm，宽度为1000μm~1200μm，厚度为200μm~300μm。所述的波导的宽度均为40μm~60μm，厚度均为30μm~50μm。所述的第一直波导5的长度为500μm~800μm；所述的第二直波导6的长度为400μm~500μm。所述的第一圆弧形波导7和第二圆弧形波导8的内径R均为300μm~400μm。所述的第一扇环形波导9和第二扇环形波导10的内侧圆弧的内径r1均为90μm~100μm；外侧圆弧的内径r2均为240μm~250μm；圆弧所对应的圆心角A为30°~60°。所述的第一直波导5与第一圆弧形波导7之间的距离为20μm~30μm。所述的第二直波导6与第二圆弧形波导8之间的距离为20μm~30μm。所述的第一直波导5、第二直波导6、第一圆弧形波导7、第二圆弧形波导8、第一扇环形波导9、第二扇环形波导10的材料均为硅。
实施例1
双扇环形太赫兹波偏振分束器：
基体的材料为二氧化硅，长度为1200μm，宽度为1000μm，厚度为200μm。波导的宽度均为60μm，厚度均为30μm。第一直波导的长度为800μm；第二直波导的长度为500μm。第一圆弧形波导和第二圆弧形波导的内径R均为300μm。第一扇环形波导和第二扇环形波导的内侧圆弧的内径r1均为90μm；外侧圆弧的内径r2均为250μm；圆弧所对应的圆心角A为60°。第一直波导与第一圆弧形波导之间的距离为20μm。第二直波导与第二圆弧形波导之间的距离为20μm。第一直波导、第二直波导、第一圆弧形波导、第二圆弧形波导、第一扇环形波导、第二扇环形波导的材料均为硅。双扇环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0.3~0.5THz频段TE波的最小传输率率为0.985，TM波的最大传输率为0.024。双扇环形太赫兹波偏振分束器的第二号输出端的TM、TE传输率曲线如图5所示，在0.3~0.5THz频段TM波的最小传输率为0.992，TE波的最大传输率为0.032。从图4和图5可以看出，该结构能很好实现太赫兹波的偏振分束功能。

Claims (9)

1.一种双扇环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）、基体（4）、第一直波导（5）、第二直波导（6）、第一圆弧形波导（7）、第二圆弧形波导（8）、第一扇环形波导（9）、第二扇环形波导（10）；基体（4）上设有第一直波导（5）、第二直波导（6）、第一圆弧形波导（7）、第二圆弧形波导（8）、第一扇环形波导（9）、第二扇环形波导（10）；第一直波导（5）、第二直波导（6）分别横向平行放置在基体（4）上；第一直波导（5）与第二直波导（6）之间设有由第一圆弧形波导（7）、第一扇环形波导（9）、第二圆弧形波导（8）、第二扇环形波导（10）连接成一个闭合对称结构，第一圆弧形波导（7）在第一直波导（5）的下侧中心位置，第二圆弧形波导（8）在第二直波导（6）的左上侧，第一圆弧形波导（7）的左端连接在第一扇环形波导（9）上直边的中心，第二圆弧形波导（8）的左端连接在第一扇环形波导（9）下直边的中心，第一圆弧形波导（7）的右端连接在第二扇环形波导（10）上直边的中心，第二圆弧形波导（8）的右端连接在第二扇环形波导（10）下直边的中心；太赫兹波从信号输入端（1）输入，第一信号输出端（2）输出TE波，第二信号输出端（3）输出TM波，达到偏振分束的功能。
2.根据权利要求1中所述的一种双扇环形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的基体（4）的材料为二氧化硅，长度为1000μm~1200μm，宽度为1000μm~1200μm，厚度为200μm~300μm。
3.根据权利要求1中所述的一种双扇环形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的波导的宽度均为40μm~60μm，厚度均为30μm~50μm。
4.根据权利要求1中所述的一种双扇环形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一直波导（5）的长度为500μm~800μm；所述的第二直波导（6）的长度为400μm~500μm。
5.根据权利要求1中所述的一种双扇环形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一圆弧形波导（7）和第二圆弧形波导（8）的内径R均为300μm~400μm。
6.根据权利要求1中所述的一种双扇环形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一扇环形波导（9）和第二扇环形波导（10）的内侧圆弧的内径r1均为90μm~100μm；外侧圆弧的内径r2均为240μm~250μm；圆弧所对应的圆心角A为30°~60°。
7..根据权利要求1中所述的一种双扇环形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一直波导（5）与第一圆弧形波导（7）之间的距离为20μm~30μm。
8.根据权利要求1中所述的一种双扇环形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第二直波导（6）与第二圆弧形波导（8）之间的距离为20μm~30μm。
9.根据权利要求1中所述的一种双扇环形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一直波导（5）、第二直波导（6）、第一圆弧形波导（7）、第二圆弧形波导（8）、第一扇环形波导（9）、第二扇环形波导（10）的材料均为硅。
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