CN103675998B - 人参形太赫兹波偏振分束器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人参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、喇叭形波导、第一矩形多模装置、人参形波导、第二矩形多模装置；人参形波导由第一梯形波导、第一平行四边形波导、第二梯形波导、第一矩形波导、第三梯形波导、第二矩形波导、第四梯形波导、第二平行四边形波导、第五梯形波导从左到右依次连接而成，喇叭形波导由一个矩形波导和一个梯形波导连接而成，喇叭形波导的右端与第一矩形多模装置的左侧相连，两个相同的人参形波导上下对称分布。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，尤其涉及一种人参形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，太赫兹辐射的命名来源于它的振荡频率在1THz左右，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。在20世纪80年代中期以前，由于缺乏高能量、高效率、室温下稳定运转的太赫兹辐射源以及有效的太赫兹波探测技术，太赫兹技术及应用研究进展非常缓慢，相关的文献报道也屈指可数，太赫兹波段成为宽广的电磁波谱中唯一一块尚未充分开发利用的波段，被科学界称为电磁波谱最后的“太赫兹空隙"。随着太赫兹辐射源和探测技术的突破，太赫兹独特的优越特性被发现并在材料科学、气体探测、生物和医学检测、通信等方面展示出巨大的应用前景。
虽然国内外对于太赫兹波器件的研究已经逐渐展开，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。太赫兹波偏振分束器在太赫兹波通信系统中是一类重要的器件，研究性能好、价格低的太赫兹波偏振分束器有重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种人参形太赫兹波偏振分束器。
一种人参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、喇叭形波导、第一矩形多模装置、人参形波导、第二矩形多模装置；人参形波导由第一梯形波导、第一平行四边形波导、第二梯形波导、第一矩形波导、第三梯形波导、第二矩形波导、第四梯形波导、第二平行四边形波导、第五梯形波导从左到右依次连接而成，喇叭形波导由一个矩形波导和一个梯形波导连接而成，喇叭形波导的右端与第一矩形多模装置的左侧相连，两个相同的人参形波导上下对称分布，其中，一个人参形波导的第一梯形波导的下底边连在第一矩形多模装置的右侧，第一平行四边形波导的两个平行边分别和第一梯形波导的上底边和第二梯形波导的上底边相连，第一矩形波导的两个平行边分别和第二梯形波导的下底边和第三梯形波导的上底边相连，第二矩形波导的两个平行边分别和第三梯形波导的下底边和第四梯形波导的下底边相连，第二平行四边形波导的两个平行边分别和第四梯形波导的上底边和第五梯形波导的上底边相连，第五梯形波导的下底边和第二矩形多模装置的左侧相连，第二矩形多模装置的右侧设有上、下两个喇叭形波导，其中；上喇叭形波导设有第一信号输出端，下喇叭形波导设有第二信号输出端，与第一矩形多模装置相连的喇叭形波导设有信号输入端，信号从信号输入端水平输入，第一信号输出端输出TM波，第二信号输出端输出TE波，获得偏振分束性能。
所述的喇叭形波导的材料为砷化镓，矩形波导的长为40μm~50μm，宽为20μm~30μm，高为30μm~40μm；梯形波导的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，腰长为60μm~80μm，高为30μm~40μm。所述的第一矩形多模装置的材料为砷化镓，第一矩形多模装置的长为200μm~220μm，宽为130μm~150μm，高为30μm~40μm。所述的人参形波导的材料为砷化镓；所述的第一梯形波导的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，腰长为60μm~80μm，高为30μm~40μm；所述的第一平行四边形波导的长边长为80μm~100μm，短边长为40μm~50μm，高为30μm~40μm；所述的第二梯形波导的材料为砷化镓，第二梯形波导的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，腰长为60μm~80μm，高为30μm~40μm；所述的第一矩形波导的长为60μm~80μm，宽为60μm~80μm，高为30μm~40μm；所述的第三梯形波导的上底边长为60μm~80μm，下底边长为80μm~100μm，腰长为120μm~130μm，高为30μm~40μm；所述的第二矩形波导的长为300μm~320μm，宽为80μm~100μm，高为30μm~40μm；所述的第四梯形波导的上底边长为40μm~50μm，下底边长为80μm~100μm，腰长为130μm~150μm，高为30μm~40μm；所述的第二平行四边形波导的长边长为80μm~100μm，短边长为40μm~50μm，高为30μm~40μm；所述的第五梯形波导的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，高为30μm~40μm。所述的第二矩形多模装置的材料为砷化镓，第二矩形多模装置的长为230μm~240μm，宽为200μm~210μm，高为30μm~40μm。
本发明的人参形太赫兹波偏振分束器具有结构简单紧凑，分束率高，尺寸小，体积小，便于制作等优点，满足在太赫兹波成像、医学诊断、太赫兹波通信等领域应用的要求。
附图说明
图1是人参形太赫兹波偏振分束器的结构示意图；
图2是人参形太赫兹波偏振分束器的部分结构示意图；
图3是人参形太赫兹波偏振分束器第一信号输出端的TM、TE透射率曲线；
图4是人参形太赫兹波偏振分束器第二信号输出端的TE、TM波透射率曲线。
具体实施方式
如图1~2所示，一种人参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、喇叭形波导4、第一矩形多模装置5、人参形波导6、第二矩形多模装置7；人参形波导6由第一梯形波导8、第一平行四边形波导9、第二梯形波导10、第一矩形波导11、第三梯形波导12、第二矩形波导13、第四梯形波导14、第二平行四边形波导15、第五梯形波导16从左到右依次连接而成，喇叭形波导4由一个矩形波导和一个梯形波导连接而成，喇叭形波导4的右端与第一矩形多模装置5的左侧相连，两个相同的人参形波导6上下对称分布，其中，一个人参形波导6的第一梯形波导8的下底边连在第一矩形多模装置5的右侧，第一平行四边形波导9的两个平行边分别和第一梯形波导8的上底边和第二梯形波导10的上底边相连，第一矩形波导11的两个平行边分别和第二梯形波导10的下底边和第三梯形波导12的上底边相连，第二矩形波导13的两个平行边分别和第三梯形波导12的下底边和第四梯形波导14的下底边相连，第二平行四边形波导15的两个平行边分别和第四梯形波导14的上底边和第五梯形波导16的上底边相连，第五梯形波导16的下底边和第二矩形多模装置7的左侧相连，第二矩形多模装置7的右侧设有上、下两个喇叭形波导4，其中；上喇叭形波导设有第一信号输出端2，下喇叭形波导设有第二信号输出端3，与第一矩形多模装置5相连的喇叭形波导4设有信号输入端1，信号从信号输入端1水平输入，第一信号输出端2输出TM波，第二信号输出端3输出TE波，获得偏振分束性能。
所述的喇叭形波导4的材料为砷化镓，矩形波导的长为40μm~50μm，宽为20μm~30μm，高为30μm~40μm；梯形波导的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，腰长为60μm~80μm，高为30μm~40μm。所述的第一矩形多模装置5的材料为砷化镓，第一矩形多模装置5的长为200μm~220μm，宽为130μm~150μm，高为30μm~40μm。所述的人参形波导6的材料为砷化镓；所述的第一梯形波导8的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，腰长为60μm~80μm，高为30μm~40μm；所述的第一平行四边形波导9的长边长为80μm~100μm，短边长为40μm~50μm，高为30μm~40μm；所述的第二梯形波导10的材料为砷化镓，第二梯形波导10的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，腰长为60μm~80μm，高为30μm~40μm；所述的第一矩形波导11的长为60μm~80μm，宽为60μm~80μm，高为30μm~40μm；所述的第三梯形波导12的上底边长为60μm~80μm，下底边长为80μm~100μm，腰长为120μm~130μm，高为30μm~40μm；所述的第二矩形波导13的长为300μm~320μm，宽为80μm~100μm，高为30μm~40μm；所述的第四梯形波导14的上底边长为40μm~50μm，下底边长为80μm~100μm，腰长为130μm~150μm，高为30μm~40μm；所述的第二平行四边形波导15的长边长为80μm~100μm，短边长为40μm~50μm，高为30μm~40μm；所述的第五梯形波导16的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，高为30μm~40μm。所述的第二矩形多模装置7的材料为砷化镓，第二矩形多模装置7的长为230μm~240μm，宽为200μm~210μm，高为30μm~40μm。
实施例1
喇叭形波导的材料为砷化镓，矩形波导的长为40μm，宽为20μm，高为30μm；梯形波导的上底边长为40μm，下底边长为60μm，腰长为60μm，高为30m。第一矩形多模装置的材料为砷化镓，第一矩形多模装置的长为200μm，宽为130μm，高为30μm。人参形波导的材料为砷化镓；第一梯形波导的上底边长为40μm，下底边长为60μm，腰长为60μm，高为30μm；第一平行四边形波导的长边长为80μm，短边长为40μm，高为30μm；第二梯形波导的材料为砷化镓，第二梯形波导的上底边长为40μm，下底边长为60μm，腰长为60μm，高为30μm；第一矩形波导的长为60μm，宽为60μm，高为30μm；第三梯形波导的上底边长为60μm，下底边长为80μm，腰长为120μm，高为30μm；第二矩形波导的长为300μm，宽为80μm，高为30μm；第四梯形波导的上底边长为40μm，下底边长为80μm，腰长为130μm，高为30μm；第二平行四边形波导的长边长为80μm，短边长为40μm，高为30μm；第五梯形波导的上底边长为40μm，下底边长为60μm，高为30μm。第二矩形多模装置的材料为砷化镓，第二矩形多模装置的长为230μm，宽为200μm，高为30μm。人参形太赫兹波偏振分束器第一信号输出端口输出的TM波、TE波的传输曲线如图3所示，在1.5THz~2.1THz频段范围内，TM波的最大传输率为0.997，TE波的最小传输率为0.017。人参形太赫兹波偏振分束器第二信号输出端口输出的TE波、TM波的传输曲线如图4所示，在1.5~2.1THz频段范围内，TE波最大传输率为0.995，TM波最小传输率为0.015。这说明本发明所设计的分支结构的太赫兹波偏振分束器具有较高的分束效率。
Claims (5)
1.一种人参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）、喇叭形波导（4）、第一矩形多模装置（5）、人参形波导（6）、第二矩形多模装置（7）；人参形波导（6）由第一梯形波导（8）、第一平行四边形波导（9）、第二梯形波导（10）、第一矩形波导（11）、第三梯形波导（12）、第二矩形波导（13）、第四梯形波导（14）、第二平行四边形波导（15）、第五梯形波导（16）从左到右依次连接而成，喇叭形波导（4）由一个矩形波导和一个梯形波导连接而成，喇叭形波导（4）的右端与第一矩形多模装置（5）的左侧相连，两个相同的人参形波导（6）上下对称分布，其中，一个人参形波导（6）的第一梯形波导（8）的下底边连在第一矩形多模装置（5）的右侧，第一平行四边形波导（9）的两个平行边分别和第一梯形波导（8）的上底边和第二梯形波导（10）的上底边相连，第一矩形波导（11）的两个平行边分别和第二梯形波导（10）的下底边和第三梯形波导（12）的上底边相连，第二矩形波导（13）的两个平行边分别和第三梯形波导（12）的下底边和第四梯形波导（14）的下底边相连，第二平行四边形波导（15）的两个平行边分别和第四梯形波导（14）的上底边和第五梯形波导（16）的上底边相连，第五梯形波导（16）的下底边和第二矩形多模装置（7）的左侧相连，第二矩形多模装置（7）的右侧设有上喇叭形波导（4）和下喇叭形波导（4），其中；上喇叭形波导设有第一信号输出端（2），下喇叭形波导设有第二信号输出端（3），与第一矩形多模装置（5）相连的喇叭形波导（4）设有信号输入端（1），信号从信号输入端（1）水平输入，第一信号输出端（2）输出TM波，第二信号输出端（3）输出TE波，获得偏振分束性能。
2.根据权利要求1所述的一种人参形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的喇叭形波导（4）的材料为砷化镓，矩形波导的长为40μm~50μm，宽为20μm~30μm，高为30μm~40μm；梯形波导的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，腰长为60μm~80μm，高为30μm~40μm。
3.根据权利要求1所述的一种人参形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一矩形多模装置（5）的材料为砷化镓，第一矩形多模装置（5）的长为200μm~220μm，宽为130μm~150μm，高为30μm~40μm。
4.根据权利要求1所述的一种人参形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的人参形波导（6）的材料为砷化镓；所述的第一梯形波导（8）的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，腰长为60μm~80μm，高为30μm~40μm；所述的第一平行四边形波导（9）的长边长为80μm~100μm，短边长为40μm~50μm，高为30μm~40μm；所述的第二梯形波导（10）的材料为砷化镓，第二梯形波导（10）的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，腰长为60μm~80μm，高为30μm~40μm；所述的第一矩形波导（11）的长为60μm~80μm，宽为60μm~80μm，高为30μm~40μm；所述的第三梯形波导（12）的上底边长为60μm~80μm，下底边长为80μm~100μm，腰长为120μm~130μm，高为30μm~40μm；所述的第二矩形波导（13）的长为300μm~320μm，宽为80μm~100μm，高为30μm~40μm；所述的第四梯形波导（14）的上底边长为40μm~50μm，下底边长为80μm~100μm，腰长为130μm~150μm，高为30μm~40μm；所述的第二平行四边形波导（15）的长边长为80μm~100μm，短边长为40μm~50μm，高为30μm~40μm；所述的第五梯形波导（16）的上底边长为40μm~50μm，下底边长为60μm~80μm，高为30μm~40μm。
5.根据权利要求1所述的一种人参形太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第二矩形多模装置（7）的材料为砷化镓，第二矩形多模装置（7）的长为230μm~240μm，宽为200μm~210μm，高为30μm~40μm。
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