CN103018829A

CN103018829A - 双阶梯形太赫兹波偏振分束器

Info

Publication number: CN103018829A
Application number: CN2012105642138A
Authority: CN
Inventors: 李九生
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-24
Also published as: CN103018829B

Abstract

本发明公开了一种双阶梯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、第一阶梯形波导、第二阶梯形波导、椭圆波导阵列；基体上设有第一阶梯形波导、第二阶梯形波导、椭圆波导阵列，赫兹波从信号输入端输入，TE波直接从第一信号输出端输出、TM波经椭圆波导阵列的耦合作用，从第二信号输出端输出，获得偏振分束的功能。本发明具有结构紧凑、尺寸小、分束率高、便于制作、易于集成等优点，满足在太赫兹波成像、太赫兹波通信等领域应用要求。

Description

双阶梯形太赫兹波偏振分束器

技术领域

本发明涉及太赫兹波分束器，尤其涉及一种双阶梯形太赫兹波偏振分束器。

背景技术

太赫兹波是介于微波和远红外光线的电磁波（频率为0.1~10THz）。在20世纪80年代以前，由于缺乏有效的太赫兹源和灵敏的检测手段，科研工作者无法深入了解该频段电磁波的性质，太赫兹波是唯一没有获得较全面研究并很好地加以利用的最后一个波谱区间。近十几年来，超快激光技术的迅速发展为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠的源，太赫兹检测技术及其应用的研究也得到了蓬勃发展。在现代研究中，太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查，以及宽带通信等领域有着广泛的应用。太赫兹光谱具有很高的信噪比，能够迅速的对样品做出分析，而且作为一种非接触型测量技术，能够对半导体、电介质薄膜的物理信息进行快速准确的测量。太赫兹辐射的瞬态性、宽带性、相干性、低能性、穿透性，决定了它在许多基础性研究领域有着相当重要的应用前景。

近年来，太赫兹通信技术在短距离无线通信方面的研究引起了越来越多科研机构的关注，但是太赫兹波功能器件的缺乏是太赫兹通信技术当前亟待解决的问题。太赫兹波功能器件的研制与发展是太赫兹波科学技术研究中的重点和难点，现有的太赫兹波功能器件结构复杂、体积较大并且价格昂贵，因此小型化、低成本的太赫兹波功能器件是太赫兹波应用的关键。但是作为太赫兹波应用的关键器件之一的太赫兹波偏振分束器的相关报道很少，因此有必要设计一种结构简单紧凑、体积小、分束效率高的太赫兹偏振分束器来满足未来太赫兹波通信技术应用的需要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术分束率低、结构复杂、实际制作过程困难的不足，提供一种高分束率的双阶梯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：

双阶梯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、第一阶梯形波导、第二阶梯形波导、椭圆波导阵列；基体上设有第一阶梯形波导、第二阶梯形波导、椭圆波导阵列，第一阶梯形波导与第二阶梯形波导之间中间位置设有椭圆波导阵列，椭圆波导阵列由5个椭圆波导依次排列而成；第一阶梯形波导为左右对称结构，它的左半部分设有顺次排列的9个大矩形凹槽、第一等腰梯形凹槽、第二等腰梯形凹槽、第三等腰梯形凹槽，第一阶梯形波导的中间位置设有小矩形凹槽，第一阶梯形波导的右半部分设有顺次排列的第三等腰梯形凹槽、第二等腰梯形凹槽、第一等腰梯形凹槽、9个大矩形凹槽；第二阶梯形波导的左侧设有顺次排列的2个大矩形凹槽、第一等腰梯形凹槽、第二等腰梯形凹槽、第三等腰梯形凹槽和小矩形凹槽，第二阶梯形波导的右侧结构尺寸与第一阶梯形波导的右半部分结构尺寸相同；太赫兹波从信号输入端输入，TE波直接从第一信号输出端输出、TM波经椭圆波导阵列的耦合作用，从第二信号输出端输出，获得偏振分束的功能。

所述的基体的材料为二氧化硅，长度为1270μm~1300μm，宽度为1000μm~1100μm，厚度为300μm~400μm。所述的第一阶梯形波导、第二阶梯形波导、椭圆波导的材料均为硅，厚度均为50μm~80μm。所述的第一阶梯形波导和第二阶梯形波导的长度分别为1270μm~1300μm、920μm~950μm，宽度均为300μm~3500μm。所述的椭圆波导阵列的相邻两椭圆波导之间的距离为60μm~80μm；所述的椭圆波导的长轴长度为160μm~180μm，短轴长度为50μm~60μm。所述的大矩形凹槽的长度为200μm~220μm，宽度为30μm~40μm；第一等腰梯形凹槽的上底长度为170μm~180μm，下底长度为190μm~210μm，高为30μm~40μm；第二等腰梯形凹槽的上底长度为140μm~150μm，下底长度为160μm~180μm，高为30μm~40μm；第三等腰梯形凹槽的上底长度为110μm~120μm，下底长度为130μm~150μm，高为30μm~40μm；小矩形凹槽的长度为100μm~120μm，宽度为30μm~40μm。所述的第一阶梯形波导和第二阶梯形波导中的相邻两凹槽的间隔距离相等，均为20μm~30μm。所述的椭圆波导阵列与第一阶梯形波导之间的距离和椭圆波导阵列与第二阶梯形波导之间的距离相等，均为20μm~30μm。

本发明的双阶梯形太赫兹波偏振分束器具有结构紧凑、尺寸小、分束率高、便于制作、易于集成等优点，满足在太赫兹波成像、太赫兹波通信等领域应用要求。

附图说明

图1是双阶梯形太赫兹波偏振分束器立体结构示意图；

图2是双阶梯形太赫兹波偏振分束器平面结构示意图；

图3是第一信号输出端的TE波、TM波传输曲线；

图4是第二信号输出端的TM波、TE波传输曲线。

具体实施方式

如图1~2所示，双阶梯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、第一阶梯形波导5、第二阶梯形波导6、椭圆波导阵列7；基体4上设有第一阶梯形波导5、第二阶梯形波导6、椭圆波导阵列7，第一阶梯形波导5与第二阶梯形波导6之间中间位置设有椭圆波导阵列7，椭圆波导阵列7由5个椭圆波导8依次排列而成；第一阶梯形波导5为左右对称结构，它的左半部分设有顺次排列的9个大矩形凹槽9、第一等腰梯形凹槽10、第二等腰梯形凹槽11、第三等腰梯形凹槽12，第一阶梯形波导5的中间位置设有小矩形凹槽13，第一阶梯形波导5的右半部分设有顺次排列的第三等腰梯形凹槽12、第二等腰梯形凹槽11、第一等腰梯形凹槽10、9个大矩形凹槽9；第二阶梯形波导6的左侧设有顺次排列的2个大矩形凹槽9、第一等腰梯形凹槽10、第二等腰梯形凹槽11、第三等腰梯形凹槽12和小矩形凹槽13，第二阶梯形波导6的右侧结构尺寸与第一阶梯形波导5的右半部分结构尺寸相同；太赫兹波从信号输入端1输入，TE波直接从第一信号输出端2输出、TM波经椭圆波导阵列7的耦合作用，从第二信号输出端3输出，获得偏振分束的功能。

所述的基体4的材料为二氧化硅，长度为1270μm~1300μm，宽度为1000μm~1100μm，厚度为300μm~400μm。所述的第一阶梯形波导5、第二阶梯形波导6、椭圆波导8的材料均为硅，厚度均为50μm~80μm。所述的第一阶梯形波导5和第二阶梯形波导6的长度分别为1270μm~1300μm、920μm~950μm，宽度均为300μm~3500μm。所述的椭圆波导阵列7的相邻两椭圆波导8之间的距离为60μm~80μm；所述的椭圆波导8的长轴长度为160μm~180μm，短轴长度为50μm~60μm。所述的大矩形凹槽9的长度为200μm~220μm，宽度为30μm~40μm；第一等腰梯形凹槽10的上底长度为170μm~180μm，下底长度为190μm~210μm，高为30μm~40μm；第二等腰梯形凹槽11的上底长度为140μm~150μm，下底长度为160μm~180μm，高为30μm~40μm；第三等腰梯形凹槽12的上底长度为110μm~120μm，下底长度为130μm~150μm，高为30μm~40μm；小矩形凹槽13的长度为100μm~120μm，宽度为30μm~40μm。所述的第一阶梯形波导5和第二阶梯形波导6中的相邻两凹槽的间隔距离相等，均为20μm~30μm。所述的椭圆波导阵列7与第一阶梯形波导5之间的距离和椭圆波导阵列7与第二阶梯形波导6之间的距离相等，均为20μm~30μm。

实施例1

双阶梯形太赫兹波偏振分束器：

基体的材料为二氧化硅，长度为1270μm，宽度为1000μm，厚度为400μm。第一阶梯形波导、第二阶梯形波导、椭圆波导的材料均为硅，厚度均为80μm。第一阶梯形波导和第二阶梯形波导的长度分别为1270μm、920μm，宽度均为300μm。椭圆波导阵列的相邻两椭圆波导之间的距离为60μm；所述的椭圆波导的长轴长度为160μm，短轴长度为50μm。大矩形凹槽的长度为200μm，宽度为30μm；第一等腰梯形凹槽的上底长度为170μm，下底长度为190μm，高为30μm；第二等腰梯形凹槽的上底长度为140μm，下底长度为160μm，高为30μm；第三等腰梯形凹槽的上底长度为110μm，下底长度为130μm，高为30μm；小矩形凹槽的长度为100μm，宽度为30μm。第一阶梯形波导和第二阶梯形波导中的相邻两凹槽的间隔距离相等，均为20μm。椭圆波导阵列与第一阶梯形波导之间的距离和椭圆波导阵列与第二阶梯形波导之间的距离相等，均为20μm。太赫兹波从信号输入端输入，TE波直接从第一信号输出端输出、TM波从第二信号输出端输出，获得偏振分束的功能。第一信号输出端的TE波、TM波传输曲线如图3所示，在0.20THz~0.60THz频段范围内，TE波最小传输率为98.7%，TM波最大传输率为0.51%，这说明TE波从第一信号输出端输出。第二信号输出端的TM波、TE波传输曲线如图4所示，在0.20THz~0.60THz频段范围内，TM最小传输率为98.9%，TE波最大传输率为0.34%，这说明TM波从第二信号输出端输出。

Claims

1.一种双阶梯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）、第一阶梯形波导（5）、第二阶梯形波导（6）、椭圆波导阵列（7）；基体（4）上设有第一阶梯形波导（5）、第二阶梯形波导（6）、椭圆波导阵列（7），第一阶梯形波导（5）与第二阶梯形波导（6）之间中间位置设有椭圆波导阵列（7），椭圆波导阵列（7）由5个椭圆波导（8）依次排列而成；第一阶梯形波导（5）为左右对称结构，它的左半部分设有顺次排列的9个大矩形凹槽（9）、第一等腰梯形凹槽（10）、第二等腰梯形凹槽（11）、第三等腰梯形凹槽（12），第一阶梯形波导（5）的中间位置设有小矩形凹槽（13），第一阶梯形波导（5）的右半部分设有顺次排列的第三等腰梯形凹槽（12）、第二等腰梯形凹槽（11）、第一等腰梯形凹槽（10）、9个大矩形凹槽（9）；第二阶梯形波导（6）的左侧设有顺次排列的2个大矩形凹槽（9）、第一等腰梯形凹槽（10）、第二等腰梯形凹槽（11）、第三等腰梯形凹槽（12）和小矩形凹槽（13），第二阶梯形波导（6）的右侧结构尺寸与第一阶梯形波导（5）的右半部分结构尺寸相同；太赫兹波从信号输入端（1）输入，TE波直接从第一信号输出端（2）输出、TM波经椭圆波导阵列（7）的耦合作用，从第二信号输出端（3）输出，获得偏振分束的功能。

2.根据权利要求1所述的一种双阶梯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1270μm~1300μm，宽度为1000μm~1100μm，厚度为300μm~400μm。

3.根据权利要求1所述的一种双阶梯形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一阶梯形波导（5）、第二阶梯形波导（6）、椭圆波导（8）的材料均为硅，厚度均为50μm~80μm。

4.根据权利要求1所述的一种双阶梯形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一阶梯形波导（5）和第二阶梯形波导（6）的长度分别为1270μm~1300μm、920μm~950μm，宽度均为300μm~3500μm。

5.根据权利要求1所述的一种双阶梯形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的椭圆波导阵列（7）的相邻两椭圆波导（8）之间的距离为60μm~80μm；所述的椭圆波导（8）的长轴长度为160μm~180μm，短轴长度为50μm~60μm。

6.根据权利要求1所述的一种双阶梯形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的大矩形凹槽（9）的长度为200μm~220μm，宽度为30μm~40μm；第一等腰梯形凹槽（10）的上底长度为170μm~180μm，下底长度为190μm~210μm，高为30μm~40μm；第二等腰梯形凹槽（11）的上底长度为140μm~150μm，下底长度为160μm~180μm，高为30μm~40μm；第三等腰梯形凹槽（12）的上底长度为110μm~120μm，下底长度为130μm~150μm，高为30μm~40μm；小矩形凹槽（13）的长度为100μm~120μm，宽度为30μm~40μm。

7.根据权利要求1所述的一种双阶梯形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一阶梯形波导（5）和第二阶梯形波导（6）中的相邻两凹槽的间隔距离相等，均为20μm~30μm。

8.根据权利要求1所述的一种双阶梯形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的椭圆波导阵列（7）与第一阶梯形波导（5）之间的距离和椭圆波导阵列（7）与第二阶梯形波导（6）之间的距离相等，均为20μm~30μm。