CN103155271B

CN103155271B - 用于太赫兹辐射的线型波导

Info

Publication number: CN103155271B
Application number: CN201180049237.3A
Authority: CN
Inventors: L·特里波迪; J·戈梅里瓦斯; P·G·范勒芬; M·C·范伯登; A·A-M·贝里耶; M·K·马特斯-卡默勒
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: JP2014501053A; CN103155271A; US20130190628A1; WO2012049587A1; EP2628207A1; RU2013120006A

Abstract

为了以低弯曲损耗和大带宽在几米的长距离上引导在太赫兹范围内的电磁波，提供了一种设备、系统和方法，使得可将太赫兹范围内的电磁波耦合到具有核心结构和至少一个限制结构的线中，其中该限制结构沿着线的长度连续地延伸。

Description

用于太赫兹辐射的线型波导

技术领域

本发明涉及用于引导在太赫兹范围内的电磁波的设备、系统和方法。

背景技术

在现代技术中广泛使用电磁辐射的自由空间传播。公共应用例如是卫星通信、电视信号的广播和雷达。然而，在很多情况下，波的导向传播是必不可少的。例子是长距离光纤光学通信和TV信号的同轴电缆引导。光（可见光和红外）信号或微波信号的导向传播是很久以前利用光纤和微波波导的发明解决的问题，其中波被限制为在一个维度中传播。商业同轴电缆能够承载高达67GHz的辐射，且对于更高的频率，当信号的带宽相对窄时，矩形金属波导被认为是适当的。

在过去30年中，太赫兹（THz）辐射由于其宽范围的可能的科学和商业应用而吸引了科学团体和工程团体的兴趣。太赫兹辐射涉及在太赫兹范围内，即，在100GHz和3THz之间的电磁波，也被称为亚毫米辐射。太赫兹频带位于微波范围的高频边缘与远红外光的长波长边缘之间。数个摩尔（molecule）的振动模态位于频谱的这个部分中以及水非常容易阻挡在那些频率处的波的事实使太赫兹辐射成为适当的探子来研究材料的光谱特性，这些材料的光谱特性通常是使用红外线、X射线或其它类型的探测信号难得到的。而且，太赫兹辐射是非电离的，因此并不被预期损害组织和DNA。因为一些频率可穿透几毫米的组织并接着被反射回，所以太赫兹辐射也被用于医学成像。然而，虽然这种辐射的潜力和独特性现在是相当明显的，但是商业太赫兹成像和光谱系统在市场上仍然不是非常普遍。对此的主要原因之一是利用在针对市场应用的合理成本下的设备来产生、探测和特别是引导太赫兹辐射的内在技术困难性。而且，在太赫兹成像和光谱中通常需要的太赫兹信号的带宽极其宽。因此，太赫兹辐射的波导必须适合于大带宽。

最近，提出了适合于引导亚微微秒太赫兹脉冲的平行板波导。然而，针对光谱或成像应用难以容易制造这种波导，因为光束只能在一个方向上传播，且对于几厘米之上的长度，其失真变得相当大。而且，在这种波导中，一个维度保持未导向，这导致光束的衍射和对于较长的长度的相关损耗。作为平行板波导的改进，使用标准MEMS技术制造的金属柱和平行板波导的组合被提议。即使使用微制造技术实现的带宽相对大（例如，大约0.5THz），该波导仍然被截止频率的问题影响，因为该问题对矩形波导来说是典型的。而且，这个波导对于需要大约几米的传播长度的其它应用来说仍然相对昂贵和不方便。此外，这样的平行板波导由于其几何尺寸和低灵活性而在它们应用中受到强烈地限制。

在Kanglin Wang和Daniel M.Mittleman在Letters to Nature中的文章“Metal wires for terahertz wave-guiding”中描述的新方法中，借助于金属线来引导太赫兹波。然而，该设备的问题是，其引导能力非常有限，且当以低弯曲半径来弯曲该线时，导向场容易逃逸到空气中，这导致由于高弯曲损耗所致的实际应用的限制。而且，辐射并未被限制到线内部，而是保持集中在其表面处，并例如在人体中的内窥镜应用中可能容易与身体中不被分析所关注的部分交互。

WO2007029757A2涉及低损耗波导，该波导包括由导电体形成的单条线以及覆盖该单条线并具有间隙的电介质构件。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺点和问题，本发明的目的是提供用于引导在太赫兹范围内的电磁波的设备、系统和方法，其中以合理的成本和生产努力来可实现宽的带宽、长的传播长度和低的弯曲损耗。

该目的由独立权利要求的特征解决。

本发明基于将太赫兹辐射（即，具有从低达100GHz到高达数个太赫兹的频率）的传播电磁场限制在具有亚波长尺寸的空间中的理念。这通过使用具有带有亚波长结构的横截面的线来实现，该亚波长结构小于导向辐射的最小波长。例如，具有与太赫兹辐射的最长波长对应的100GHz频率的太赫兹辐射具有在1mm的自由空间中的波长。因此，该线应包括小于1mm的结构。

在本发明的一个方面中，提供了一种用于引导在太赫兹范围内的电磁波的包括线的设备。该线包括核心结构和至少一个限制结构，其中限制结构沿着线的纵向方向连续地延伸。限制结构指的是在核心结构的表面上的可限制太赫兹辐射的结构。因为限制结构沿着线的长度连续地延伸，线的横截面形状在沿着线的长度的任何点处保持不变。例如，可使用工业上制造的异型线，以便减小设备的生产成本。通过这些手段，可以在几米的距离上以可忽略的损耗引导太赫兹波。

在优选实施例中，限制结构包括至少一个凹槽或肋。在限制结构被设计为凹槽的情况下，在线的核心结构中形成插入部或凹陷部。如果限制结构被设计为肋，则沿着线从核心结构凸出地形成突出部或凸起。优选地，限制结构具有成角度的横截面形状，例如基本上三角形、矩形和/或多角形的横截面。可能地，限制结构由至少一个凹槽和至少一个肋构成，因而例如类似于N形或W形。

此外，核心结构可具有基本上圆形的横截面。也就是说，核心结构具有圆形横截面，除了限制结构所位于的那部分以外，即，除了在凹槽的情况下的切去部分或在肋的情况下的凸起部分以外。可替代地，核心结构可具有基本上三角形、矩形、多角形或星形的横截面。在三角形核心结构的情况下，限制结构可存在于三角形的顶点。同样，在具有很多尖头的星形核心结构的情况下，缺口可以起凹槽型限制结构的作用，和/或尖头可以起肋型限制结构的作用。而且，核心结构和/或线的横截面可以是非对称的。

优选地，限制结构具有亚波长尺寸的至少一个尺寸。因此，限制结构的横截面具有小于导向电磁波的波长的至少一个部分。在引导大带宽的电磁波的情况下，限制结构可具有比该带宽的最小波长更小的至少一个尺寸。优选地，横截面中的限制结构的尺寸比核心结构的直径小。

核心结构和限制结构中的至少一个可由导电材料和/或半导电材料制成。如果核心结构和/或限制结构由导电材料制成，则这可包括任何金属，优选地是铜或不锈钢。当将半导体用于核心结构和限制结构中的至少一个时，可使用掺杂剂来调节线的电特性。可能地，核心结构和限制结构由相同的材料制成。通过使用普通的容易处理的材料（例如铜），可减小制造成本。

在优选实施例中，线是柔性的。因此，线可被设计成使得它可以以小的弯曲半径弯曲。因此，它可用于将太赫兹波引导到难以接近的检查区域，例如当被应用在太赫兹内窥镜或导管中时。

此外，线可被设计成使得沿着线传播的电磁波具有基本上被限制在限制结构内和/或在线的横截面内的至少一个传播模。例如，在具有V形的凹槽型限制结构的情况下，导向电磁波的传播模可被限制在V形的底部中。接着，它也被限制在线的横截面内。通过这些手段，弯曲损耗以及与包围线的环境的不希望的交互可减小。因此，该设备适合于人体内的内窥镜应用。

线可附加地包括涂层（例如低损耗涂层），在将太赫兹波引导到所关注的区域时该涂层减小辐射损耗。用于涂层的可能材料包括苯并环丁烯（benzocyclobuten）、聚苯乙烯、聚乙烯和任何其它低损耗电介质或其组合。这也将导致对导向辐射的较好限制。可替代地，涂层可由金属制成。通过这些手段，涂层可防止该线所引导的电磁波与在线外部的材料交互。因此，可避免沿着线意外地对太赫兹辐射的暴露。此外，可减少导向太赫兹辐射的能量损耗和特别是弯曲损耗，得到了增加的传播长度。

有利地，涂层可形成线的外表面。因此，它围绕核心结构以及限制结构。例如，如果限制结构是凹槽，则涂层可填充该凹槽。另一方面，如果限制结构是肋形限制结构，则涂层可围住突出的肋型限制结构以及核心结构。优选地，由涂层得到了线的均匀表面。例如，包括涂层的线可具有圆形、三角形或矩形横截面形状。通过这些手段，涂层可防止材料积聚在线表面上的角处或凹槽中，因而避免线的污染。

线可包括多于一个的限制结构。例如，两个限制结构可沿着线在线的相反侧上延伸。可能地，两个限制结构被设计成使得沿着线行进的电磁波的传播场相互耦合。此外，线可包括至少两个限制结构，其中至少一个限制结构适合于用作将太赫兹波从太赫兹源发送到检查区域的发送通道，且至少一个其它限制结构适合于用作将电磁波从检查区域发送到检测单元的接收通道。特别是，利用四个限制结构，存在可被独立地用于同时发送和接收信号的两个单独的传播模。

在另一例子中，线可包括四个限制结构，该四个限制结构例如彼此间隔开大约90°角。在这里，面向彼此的两个限制结构可形成一对限制结构，其中沿着这些限制结构被引导的电磁波相互耦合。在这种情况下，一对限制结构可用作用于朝着所关注的区域发送太赫兹波的发射通道，而另一对限制结构可用作用于接收从所关注的区域反射的电磁波的接收通道。这对于太赫兹成像，例如在反射模式中的光谱或内窥镜应用中的太赫兹成像是特别有用的。

对于医学干预，该设备还可包括针头和/或导管，其中线被布置在针头和/或导管的中心孔中。通过这些手段，可实现太赫兹内窥镜或太赫兹导管。此外，输出引向器（例如反射镜）可设置在线的一端处。

此外，该设备可被设计成使得它可被应用在用于医学成像的内窥镜系统中、太赫兹光谱系统中和/或使用集成电路的探针台中。通过使用亚波长域限制，可增加成像和光谱系统的空间分辨率。此外，可实现较长的传播长度，从而在太赫兹源和检查区域之间的较长距离变得可能。

在本发明的另一方面中，提供用于太赫兹成像的系统，该系统包括太赫兹信号发生器、太赫兹信号检测器和根据前述权利要求中的一项所述的设备。该系统还可包括用于将太赫兹范围内的电磁波耦合到该设备的线中的至少一个耦合单元。可能地，将同一耦合单元或另外的耦合单元用于将来自所关注的区域的电磁波耦合到太赫兹信号检测器中。此外，可设置滤波器单元、信号处理器、显示单元、存储器等。这样的系统可应用于在医学成像系统中，例如用于人体内部的内窥镜应用。该系统还可应用于太赫兹成像系统中例如用于分析材料，或用于对使用探针台的集成电路的高频测量。

在本发明的另外方面中，提供了用于引导在太赫兹范围内的电磁波的方法。为此，将太赫兹范围内的电磁波耦合到具有核心结构和至少一个限制结构的线，该至少一个限制结构在线的纵向方向上延伸。借助于可根据上面描述的任何实施例来设计的线，可以以可接受的损耗将电磁波引导到所关注的区域。

附图说明

在附图中：

图1A示出根据本发明的一个实施例的线的截面图；

图1B示出根据本发明的另一实施例的线的截面图；

图2示出沿着如图1A所示的线的传播模的坡印廷矢量（Poyntingvector）的归一化z分量的对数；暗框形区域是附图中由于数值困难而未计算的域的部分。

图3示出了图示传播长度对在如图1A所示的线中的限制结构的深度的依赖性的图；

图4示出了图示传播长度对沿着如图1A所示的线引导的电磁波的频率的依赖性的图；

图5A示出了图示根据本发明的另一实施例的线的截面图；

图5B示出了图示传播长度对如图5A所示的线中的限制结构的深度的依赖性的图；

图6A-6C示出了图示根据本发明的线的另外的实施例的截面图；

图7A-7C示出了图示根据本发明的线的另外的实施例的截面图；

图8A-8C示出了图示根据本发明的线的另外的实施例的截面图；

图9A和图9B示出了图示具有涂层的根据本发明的线的实施例的截面图；

图10A示出在用于医学应用的针内的根据本发明的线；

图10B示出沿着线的A-A'的在图9A中所示的组件的截面图；以及

图11示出根据本发明的用于太赫兹成像的系统。

具体实施方式

在图1中，示出了根据本发明的线的横截面的可能的简单形式。在图1A中，由铜或类似良导电材料制成的圆柱形导电线100沿着其纵轴设置有三角形V凹槽21。具有半径r的线100由准圆形核心结构10构成，其中具有凹槽深度d和凹槽张角φ的V形凹槽21被插入。凹槽21沿着线100的整个长度延伸，使得线100的横截面在线100的整个长度上保持不变。在如图1A所示的实施例中，凹槽21用作可限制太赫兹辐射的限制结构。在如图1B所示的另一实施例中，限制结构被实现为沿着线100延伸的三角形肋22。肋22具有张角φ和深度d，并从圆形核心结构10突出。可容易通过在尖锐的预成型件上牵引线来制造这些V形限制结构。因此，可通过用于描绘线的轮廓的常用制造技术以低成本来制造线100。

已经执行数值模拟来显示使用根据本发明的线作为高频波导的可能性。在这些模拟中，识别出几种传播模，例如准TM₁、准TM₂、V₁、V₂等。准TM模指的是在完美圆形的线中的基本横磁（TM）模的扰动，其对于非圆形线不再是严格地横磁的。同样，V₁模和V₂模指在完美的圆形的线中的两个混合模HE₁₁的扰动。然而最令人感兴趣的模是V₁模，其在沿着根据本发明的线传播时几乎完全被限制。

在图2中，报告了V₁模的坡印廷矢量的归一化z分量的对数，其中z轴与投影平面正交。坡印廷矢量代表电磁场的能通量。对于图2所示的模拟，使用由铜制成的线100，该线100具有如在图1A中所示的横截面形状。在本示例中，传播信号的频率是f=300GHz，线的半径是r=1.2mm，凹槽21的深度是d=1mm，且张角是φ=25°。因此，如图2所示，V₁模的电磁场被完全限制在线100的横截面内，更精确地甚至在凹槽21内。因此，它对弯曲损耗较不敏感。此外，该限制避免了在传播电磁场与包围线100的外部物体之间的交互。当在人体内部的内窥镜应用中使用线100时，这是特别相关的。因为电磁波的其它传播模没有被很好的限制，传播电磁场与外部材料的交互未被避免，且弯曲损耗较高。

在图3中，针对几个模的传播长度L_p被示为限制结构的深度d的函数。传播长度被定义为电磁强度衰减了1/e的倍数所对应的距离。在图3中，针对具有如图1A所示的三角形凹槽的铜线计算模拟，而线半径r=1.2mm，张角φ=25°，传播信号的频率f=300GHz，且线的周围是空气。如可从图3看到的，传播长度L_p随着限制结构的深度d的增大而减小。所关注的传播模，即，V₁模对低于0.6mm的凹槽21的深度d具有大于2m的传播长度而对1mm的深度d具有大于1.5m的传播长度。重要地注意到，示例性传播信号具有300GHz的频率，这导致在自由空间中的1mm的波长。如可在图2中看到的，信号被限制到凹槽21的一小部分，使得传播和亚波长限制被实现。因此，在太赫兹范围中的，即具有毫米范围内的波长的电磁波可被引导，而对于几米的相当大的距离具有低损耗。

图4示出了传播长度L_p对导向电磁信号的频率的依赖性。在这里，甚至对于例如从300GHz到3THz的频率的大带宽，对于V₁模，传播长度L_p也保持实质上不变。因此，根据本发明的线型波导能够维持具有从100GHz一直到几太赫兹的非常大的带宽的信号。这对于光谱或成像应用是特别有用的，因为它们需要及其大的带宽。

使用如图1A所示的线100的例子在上面解释了包括根据本发明的线100的设备的特征。然而，本发明不限于这一线形状。相反，也可使用线100的其它横截面形状，例如，如在图1B中或在图5A、图6和图7中所示的。

在图5A中，示出了具有准圆形核心结构10和两个V形凹槽21的线100。凹槽21可具有不同的深度d₁和d₂以及不同的张角。在具有在线100的相反侧上的两个限制结构的线型波导中，沿着这对限制结构行进的电磁信号可被耦合。在图5B中，针对双凹槽线100示出不同模的传播长度L_p及其对凹槽21的深度d的依赖性。在这里，沿着线100传播的电磁信号的频率是300GHz，且凹槽21具有相等的深度（d=d₁=d₂）。如可看到的，如果凹槽深度d为大约0.3mm，则V₁模的传播长度大于4m。因此，引导能力仍然存在于具有两个限制结构的线100中。

在根据本发明的线型波导的另外的实施例中，限制结构（即，凹槽21和肋22）的数量可增加到二或更多。在图6、图7、和图8中示出了线100的横截面形状的例子。在图6A中，示出了线100，其具有圆形核心结构10和彼此间隔开90°角的两个三角形肋22。在具有未相互耦合的两个独立限制结构的线100中，例如图6A所示的线100中，限制结构可分别用作单独的发送通道和接收通道。因此，一个通道可用于朝着所关注的区域引导太赫兹信号，而另一通道可用于将反射信号从所关注的区域传播到信号检测器。通过这些手段，可避免复杂的复用技术，而不需要用于发送和接收的分开的波导。

图6B示例性地示出了具有三角形形状的凹槽21以及肋22的线100。然而，肋22和凹槽21可具有不同的形状和尺寸。此外，本发明不限于限制结构的这个几何布置，限制结构可适当地以各种方式布置在核心结构10的横截面处。

图6C示出了具有多个限制结构的线100的另一实施例。在所示例子中，四个凹槽21以布置在核心结构10的准圆形横截面处的规则的间隔而间隔开，其间有90°的角。如上所述，限制结构可具有不同的尺寸和形状以及离彼此的不同距离。对于具有四个限制结构的线100，面向彼此的两个限制结构可分别形成一对，且每对限制结构可用作独立的发送或接收通道。例如，一个通道可用于将由太赫兹信号发生器发送内窥镜探测信号引导到样本的，而另一通道可同时用于将反射信号从样本传播回到信号检测器。通过这些手段，只使用根据本发明的单个波导的成像应用是可能的。

在图7A-7C中示出了包括矩形限制结构的另外的实施例。在图7A中，线100具有准圆形核心结构10，矩形凹槽21沿着线100的长度延伸，而图7B所示的线具有矩形肋22。在图7C中，进一步示出可被组合的矩形限制结构和三角形限制结构。因此，可使用具有三角形、矩形或多角形形状的任何正或负的限制结构，即，肋22或凹槽21。

而且，如图8所示，线100的核心结构10不限于圆形或准圆形的横截面。例如，如图8A所示，核心结构10可具有三角形横截面，其中三角形的顶点可以用作正肋形限制结构22。在图8B和图8C中，示出具有星形横截面的核心结构10。在这里，顶点可以用作肋形限制结构22，而在顶点之间的缺口可表示凹槽形限制结构21。在如图8D所示的另一例子中，示出具有矩形横截面的核心结构10。在这里，可在核心结构10的表面上形成诸如凹槽21和肋22之类的限制结构。

在本发明的另外实施例中，线100可附加地包括涂层30，如图9所示那样。在图9A中，具有V形凹槽21的准圆形核心10由涂层30围绕。涂层30填充凹槽21，从而避免在线100被使用时外来材料积聚在凹槽中。涂层30可由例如聚并环乙烯（BCB）或更便宜的材料（如聚乙烯或聚苯乙烯）之类的任何低损耗电介质制成，这减小了辐射损耗并得到较好的限制。可替代地，涂层30可由金属或适合于在弯曲条件下减小辐射损耗的其它材料制成。代替导电材料，可将半导体材料用于线100，由于掺杂水平，在这些波导的设计中增加额外的自由度。在图9B中，具有三角形肋22的圆形核心结构10被涂层30包围。当涂层30围绕线100的核心结构10以及限制结构并因此形成线100的外表面时，可减小辐射损耗和与线100的周围物体的交互。因此，对于包括涂层30的线100，太赫兹波几乎被完全限制在线100的横截面内，而不论限制结构如何。这对于正限制结构，即，肋型限制结构22是特别有用的，因为对于这些结构，失去了在没有涂层30的情况下将电磁场限制在线100的横截面内部的能力。此外，借助于涂层30，线100的外表面可被平滑化，例如导致没有不均匀的线100的圆形横截面，使得外来材料将更不可能沉积在线表面上而污染线100。此外，对于例如在内窥镜应用中的反复使用，线100的清洁变得更容易和更有效。

可以将根据本发明的线100应用于进行多种应用的设备中。例如，线100可被包括在用于医疗应用的设备中。在这种情况下，包括根据任何上面描述的实施例的线100的设备还可包括导管50或医疗针。根据本发明的线型波导的柔韧性、其低损耗和低弯曲损耗特别适合于太赫兹内窥镜。对于内窥镜应用，如图10A所示，线100可被布置在导管50的中心孔中，以便被引入到人体内部。为了将现有的电磁波聚焦在所关注的区域，波导线100的顶端可以是逐渐变细的或尖的。此外，设备可包括输出引向器，例如在导管的前端上的反射镜，以便将电磁信号引导到人体内部的腔的侧表面。由于根据本发明的太赫兹波导的小直径和对在限制结构附近的导模的强烈限制，可以将线100放置在导管50内部，并从而将太赫兹波引导到导管顶端，其中导管50具有开口。在这个地方，太赫兹信号与组织交互并部分地反射回到线100中。接着，可测量反射信号的频谱以确定观察中的组织的性质。在图10B中，示出了在图10A中所示的设备沿着线A-A’的横截面。导管50的内径大于线100的外径，线100包括涂层30、凹槽型限制结构21和核心结构10。

在本发明的另外实施例中，在光谱或成像系统中使用线100。为此，波导向设备111包括根据上述实施例之一的线100。波导设备111可经由耦合单元200连接到太赫兹发生器300，使得太赫兹发生器300所产生的电磁波可被耦合到线100中。从检查区域反射回的电磁信号可经由同一耦合单元200耦合到太赫兹探测器400。可替代地，可提供用于将波导设备111耦合到太赫兹探测器400的第二耦合单元200’。在信号检测之后，使用信号处理器等来分析该信号。当然，系统可包括普通光谱系统的另外的部件，例如存储器、显示单元等。通过这些手段，可在远离太赫兹发生器300的特定位置处提供局部太赫兹频谱。包括如上所述的线100的根据本发明的波导设备111可被用于高频信号（即从低于100GHz到几太赫兹的信号）的低损耗波导的一般目的。

在一个应用中，这样的系统可被应用在医学外科手术中用于组织分析。然后，波导设备111可以是包括医疗针或导管50的医学介入设备，如图10所示那样，医疗针或导管50中集成了太赫兹波导线100。然而，所述线型波导也可应用于当前的太赫兹时域光谱仪，以便引导太赫兹信号并将它们聚焦到亚波长尺寸。在这种情况下，在线的起始部分处将太赫兹信号耦合到线100内，且线100的尾端可用于扫描样本。可使用普通的时域复用技术或通过使用如上所述的由线100的限制结构所形成的两个独立的通道，通过末尾的顶端来发射并收集太赫兹辐射。因为信号被聚焦到亚波长尺寸，所研究的表面的图像将具有比使用基于自由传播太赫兹光束的成像系统得到的图像的分辨率更高的分辨率，其中分辨率被所使用的辐射的波长限制，即，在这里是在毫米的数量级。根据本发明的线100和线型波导设备111的另外应用位于使用探针台的集成电路的高频测量的领域内。现在，由于能够在67GHz之上适当地工作的同轴电缆的缺少，借助于集成电路的在67GHz之上的测量是非常不可行的，且必须在频段中被执行。所提出的线型波导的使用可以是对在截止频率之上的已经存在的矩形波导和同轴电缆的适当和简单的代替。

根据本发明，沿着波导线的纵向方向的太赫兹波的限制和传播可在几米的长距离上实现，而没有不量的损耗。太赫兹辐射被限制到在一个维度上的传播可借助于具有有界限的横截面的线来实现，该线具有至少一个正限制结构和/或负限制结构，即，肋或凹槽。这样的维度限制的波导的优点在于其可能的应用以及与平面波导相比的不同波现象的出现。因此，提出了适合于传播从低至100GHz到几太赫兹的高频和宽带信号的高频波导。此外，因为线型波导是柔性的，它具有多个应用区域且是非常通用的。此外，可通过使用常用的导体材料（例如铜）来制造根据本发明的线型波导。因此，制造成本应与常规铜线的成本应是可比较的。

Claims

1.一种用于引导在太赫兹范围内的电磁波的设备，包括：

线(100)，其具有核心结构(10)和至少一个限制结构(21、22)，

其中，所述限制结构(21、22)沿着所述线(100)的长度连续地延伸，并且所述限制结构(21、22)包括在所述核心结构(10)中形成的至少一个凹槽(21)和/或从所述核心结构(10)突出的沿着所述线(100)形成的至少一个肋(22)，并且其中，所述线(100)包括涂层(30)，借助于所述涂层(30)，所述线(100)的外表面被平滑化。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述线(100)的所述核心结构(10)和所述至少一个限制结构(21、22)是一体形成的，和/或其中，所述线(100)的所述核心结构(10)和所述至少一个限制结构(21、22)由相同的材料制成，和/或其中，所述线(100)是异型线。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述核心结构(10)具有基本上圆形的横截面，和/或所述限制结构(21、22)具有基本上三角形和/或矩形的横截面。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述限制结构(21、22)的至少一个尺寸具有亚波长尺寸，和/或其中，所述限制结构(21、22)的尺寸小于所述核心结构(10)的直径。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述核心结构(10)和/或所述限制结构(21、22)由导电材料和/或半导体材料制成。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述导电材料是铜和/或不锈钢，所述半导体材料是掺杂半导体材料。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其中，沿着所述线(100)被引导的所述电磁波包括基本上被限制在所述限制结构(21、22)内和/或所述线(100)的横截面内的至少一个传播模。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述线(100)是柔性的。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述涂层(30)围绕所述核心结构(10)和所述限制结构(21、22)，使得所述线(100)的横截面具有圆形、三角形或矩形的形状。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述涂层(30)是低损耗涂层，和/或其中，所述涂层(30)的材料包括金属、聚并苯乙烯和/或聚乙烯。

11.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述线(100)包括相互耦合的彼此相对的至少一对限制结构(21、22)。

12.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述线(100)包括适合于分别用作发送通道和接收通道的至少两个限制结构(21、22)。

13.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述设备还包括用于医疗介入的针(50)和/或导管，其中，在具有比所述线的直径大的直径的所述针(100)和/或所述导管中设置中心孔。

14.一种用于太赫兹成像的系统，包括：

-太赫兹信号发生器(300)；

-太赫兹信号检测器(400)；以及

-根据前述权利要求中的一项所述的设备。

15.一种用于引导在太赫兹范围内的电磁波的方法，包括下列步骤：

将电磁波耦合到具有核心结构(10)和至少一个限制结构(21、22)的线(100)中，所述至少一个限制结构(21、22)包括在所述核心结构(10)中形成的至少一个凹槽(21)和/或从所述核心结构(10)突出的沿着所述线(100)形成的至少一个肋(22)，并且所述至少一个限制结构(21、22)沿着所述线(100)的长度连续地延伸，其中所述线(100)包括涂层(30)，借助于所述涂层(30)，所述线(100)的外表面被平滑化；以及

将所述电磁波沿着所述线(100)引导到所关注的区域。