CN103676215B - 渠道形电温双调控太赫兹波开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渠道形电温双调控太赫兹波开关。它包括信号输入端、第一输出端、第二输出端、基板；基板上设有第一直波导、U形波导、第二直波导、倒C形波导、第一C形波导、第一S形波导、第二S形波导、Y形装置、第三直波导、第二C形波导、镰刀形波导、圆角矩形环状波导、N型半导体、P型半导体；信号从信号输入端输入，当N型、P型半导体没有加电压且Y形装置内的温控装置的温度没有改变时，信号从第一输出端输出，此时开关状态设为“开”；当N型半导体、P型半导体加电压或者Y形装置内的温控装置的温度改变时，信号从第二输出端输出，此时开关状态设为“关”，从而实现开关的效果。本发明具有结构紧凑、易于制作、成本低等优点。

Description

渠道形电温双调控太赫兹波开关

技术领域

本发明涉及开关，尤其涉及一种渠道形电温双调控太赫兹波开关。

背景技术

太赫兹波通常定义为从0.1-10太赫兹范围内的电磁波。现在研究较多的通常在0.3-3太赫兹范围内。太是兆兆（Tera）的英文音译，所以太赫兹电磁波也被称为T射线，属于远红外线和亚毫米波范畴。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，但其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，所以在上个世纪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”。近年来，随着太赫兹波辐射源和探测器的巨大突破，太赫兹波技术逐渐成为国内外研究的热点。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，使得太赫兹波在物理、化学、天文学、生命科学、通信等领域有巨大的研究价值和应用前景。

太赫兹波器件的研究是太赫兹波技术发展中的一项重要内容。目前国内外已投入大量人力物力研究太赫兹波功能器件，太赫兹波开关便是太赫兹波器件研究中一类重要的功能器件。然而，现有的太赫兹波开关性能十分有限，且存在结构复杂、损耗大、成本高等诸多缺点，因此迫切需要设计出结构紧凑、成本低、损耗低的太赫兹波开关以满足太赫兹波通信系统的需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种渠道形电温双调控太赫兹波开关。

渠道形电温双调控太赫兹波开关包括信号输入端、第一输出端、第二输出端、基板；基板上设有第一直波导、U形波导、第二直波导、倒C形波导、第一C形波导、第一S形波导、第二S形波导、Y形装置、第三直波导、第二C形波导、镰刀形波导、圆角矩形环状波导、N型半导体、P型半导体；U形波导的左端与第一直波导的右端相连，U形波导的右端与第二直波导的左端相连，第二直波导的右端与倒C形波导的上端部相连，倒C形波导的下端部与第一C形波导的上端部相连，第一C形波导的下端部与Y形装置的左端相连，第一S形波导的右上端与Y形装置的左端相连，第一S形波导的左下端与第二S形波导的右上端相连，第二S形波导的左下端与第三直波导的右端相连，第三直波导的左端与第二C形波导的下端部相连，第二C形波导的上端部与镰刀形波导的左端相连，圆角矩形环状波导在U形波导与镰刀形波导之间，P型半导体设在圆角矩形环状波导内，圆角矩形环状波导左右外侧分别设有一个N型半导体；第一直波导的左端为信号输入端，Y形装置右上端为第一输出端，Y形装置右下端为第二输出端，所述U形波导由四个小四分之一圆环形波导、两个第四直波导和一个第五直波导连接而成，倒C形波导由一个第六直波导两端分别与两个同向大四分之一圆环形波导连接而成，第一S形波导由一个第七直波导两端分别与两个异向小四分之一圆环形波导连接而成，Y形装置由温控装置与向上小四分之一圆环形波导、向下小四分之一圆环形波导、第七直波导相连的结构，和由温控装置与向下小四分之一圆环形波导、向上小四分之一圆环形波导、第七直波导相连的结构拼接而成，第二C形波导由一个第七直波导两端分别与两个同向小四分之一圆弧形波导连接而成，镰刀形波导由第五直波导和半圆环形波导连接而成，太赫兹波从信号输入端水平输入，当N型半导体、P型半导体没有加电压且Y形装置内的温控装置的温度没有改变时，太赫兹波从第一输出端输出，此时开关状态设为“开”；当N型半导体、P型半导体加电压或者Y形装置内的温控装置的温度改变时，太赫兹波从第二输出端输出，此时开关状态设为“关”，从而实现开关的效果。

所述的基板的材料为二氧化硅，基板的长为900μm~990μm，宽为900μm~990μm，高为60μm~80μm；所述的第一直波导的材料为硅，第一直波导的长为80μm~90μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm；所述的第二直波导的材料为硅，第二直波导的长为100μm~110μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm；所述的第三直波导的材料为硅，第三直波导的长为120μm~130μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。所述的U形波导的材料为硅，小四分之一圆环形波导的外半径为70μm~80μm，内半径为50μm~60μm；第四直波导的长为50μm~60μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm；第五直波导的长为120μm~130μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。所述的倒C形波导和第一C形波导的结构尺寸相同且材料均为硅，大四分之一圆环形波导的外半径为80μm~90μm，内半径为60μm~70μm；第六直波导的长为40μm~50μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。所述的第一S形波导和第二S形波导的结构尺寸相同且材料均为硅，第七直波导的长为80μm~90μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。所述的温控装置的材料为锑化铟，温控装置的长为100μm~110μm，宽为50μm~60μm，高为20μm~30μm。所述的第二C形波导和镰刀形波导的材料均为硅，半圆环形波导的外半径为外半径为70μm~80μm，内半径为50μm~60μm。所述的圆角矩形环状波导的材料为硅，圆角矩形环状波导的长为300μm~320μm，宽为200μm~220μm，环的宽度为20μm~30μm，圆角的中心角为90°，圆角的外半径为70μm~80μm，内半径为50μm~60μm。所述的N型半导体的材料为硅，N型半导体的长为300μm~320μm，宽为60μm~70μm，高为20μm~30μm；所述的P型半导体的材料为硅，P型半导体长为300μm~320μm，宽为240μm~260μm，高为20μm~30μm。

本发明的渠道形电温双调控太赫兹波开关具有损耗低，性能好、结构简单紧凑，尺寸小，易于制作，质量轻等优点。

附图说明：

图1是渠道形电温双调控太赫兹波开关的俯视结构示意图；

图2是U形波导的二维结构示意图；

图3是倒C形波导的二维结构示意图；

图4是S形波导的二维结构示意图；

图5是Y形装置的二维结构示意图；

图6是无施加电压且温度未改变时渠道形电温双调控太赫兹波开关第一输出端、第二输出端的传输曲线图；

图7是施加电压或者温度改变时渠道形电温双调控太赫兹波开关第一输出端、第二输出端的传输曲线图。

具体实施方式

如图1~5所示，渠道形电温双调控太赫兹波开关包括信号输入端1、第一输出端2、第二输出端3、基板4；基板4上设有第一直波导5、U形波导6、第二直波导7、倒C形波导8、第一C形波导9、第一S形波导10、第二S形波导11、Y形装置12、第三直波导13、第二C形波导14、镰刀形波导15、圆角矩形环状波导16、N型半导体17、P型半导体18；U形波导6的左端与第一直波导5的右端相连，U形波导6的右端与第二直波导7的左端相连，第二直波导7的右端与倒C形波导8的上端部相连，倒C形波导8的下端部与第一C形波导9的上端部相连，第一C形波导9的下端部与Y形装置12的左端相连，第一S形波导10的右上端与Y形装置12的左端相连，第一S形波导10的左下端与第二S形波导11的右上端相连，第二S形波导11的左下端与第三直波导13的右端相连，第三直波导13的左端与第二C形波导14的下端部相连，第二C形波导14的上端部与镰刀形波导15的左端相连，圆角矩形环状波导16在U形波导6与镰刀形波导15之间，P型半导体18设在圆角矩形环状波导16内，圆角矩形环状波导16左右外侧分别设有一个N型半导体17；第一直波导5的左端为信号输入端1，Y形装置12右上端为第一输出端2，Y形装置12右下端为第二输出端3，所述U形波导6由四个小四分之一圆环形波导19、两个第四直波导20和一个第五直波导21连接而成，倒C形波导8由一个第六直波导23两端分别与两个同向大四分之一圆环形波导22连接而成，第一S形波导10由一个第七直波导24两端分别与两个异向小四分之一圆环形波导19连接而成，Y形装置12由温控装置25与向上小四分之一圆环形波导19、向下小四分之一圆环形波导19、第七直波导24相连的结构，和由温控装置25与向下小四分之一圆环形波导19、向上小四分之一圆环形波导19、第七直波导24相连的结构拼接而成，第二C形波导14由一个第七直波导24两端分别与两个同向小四分之一圆弧形波导19连接而成，镰刀形波导15由第五直波导21和半圆环形波导26连接而成，太赫兹波从信号输入端1水平输入，当N型半导体17、P型半导体18没有加电压且Y形装置12内的温控装置25的温度没有改变时，太赫兹波从第一输出端2输出，此时开关状态设为“开”；当N型半导体17、P型半导体18加电压或者Y形装置12内的温控装置25的温度改变时，太赫兹波从第二输出端3输出，此时开关状态设为“关”，从而实现开关的效果。

所述的基板4的材料为二氧化硅，基板4的长为900μm~990μm，宽为900μm~990μm，高为60μm~80μm；所述的第一直波导5的材料为硅，第一直波导5的长为80μm~90μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm；所述的第二直波导7的材料为硅，第二直波导7的长为100μm~110μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm；所述的第三直波导13的材料为硅，第三直波导13的长为120μm~130μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。所述的U形波导6的材料为硅，小四分之一圆环形波导19的外半径为70μm~80μm，内半径为50μm~60μm；第四直波导20的长为50μm~60μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm；第五直波导21的长为120μm~130μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。所述的倒C形波导8和第一C形波导9的结构尺寸相同且材料均为硅，大四分之一圆环形波导22的外半径为80μm~90μm，内半径为60μm~70μm；第六直波导23的长为40μm~50μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。所述的第一S形波导10和第二S形波导11的结构尺寸相同且材料均为硅，第七直波导24的长为80μm~90μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。所述的温控装置25的材料为锑化铟，温控装置25的长为100μm~110μm，宽为50μm~60μm，高为20μm~30μm。所述的第二C形波导14和镰刀形波导15的材料均为硅，半圆环形波导26的外半径为外半径为70μm~80μm，内半径为50μm~60μm。所述的圆角矩形环状波导16的材料为硅，圆角矩形环状波导16的长为300μm~320μm，宽为200μm~220μm，环的宽度为20μm~30μm，圆角的中心角为90°，圆角的外半径为70μm~80μm，内半径为50μm~60μm。所述的N型半导体17的材料为硅，N型半导体17的长为300μm~320μm，宽为60μm~70μm，高为20μm~30μm；所述的P型半导体18的材料为硅，P型半导体18长为300μm~320μm，宽为240μm~260μm，高为20μm~30μm。

实施例1

基板的材料为二氧化硅，基板的长为900μm，宽为900μm，高为60μm；第一直波导的材料为硅，第一直波导的长为80μm，宽为20μm，高为20μm；第二直波导的材料为硅，第二直波导的长为100μm，宽为20μm，高为20μm；第三直波导的材料为硅，第三直波导的长为120μm，宽为20μm，高为20μm。U形波导的材料为硅，小四分之一圆环形波导的外半径为70μm，内半径为50μm；第四直波导的长为50μm，宽为20μm，高为20μm；第五直波导的长为120μm，宽为20μm，高为20μm。倒C形波导和第一C形波导的结构尺寸相同且材料均为硅，大四分之一圆环形波导的外半径为80μm，内半径为60μm；第六直波导的长为40μm，宽为20μm，高为20μm。第一S形波导和第二S形波导的结构尺寸相同且材料均为硅，第七直波导的长为80μm，宽为20μm，高为20μm。温控装置的材料为锑化铟，温控装置的长为100μm，宽为50μm，高为20μm。第二C形波导和镰刀形波导的材料均为硅，半圆环形波导的外半径为外半径为70μm，内半径为50μm。圆角矩形环状波导的材料为硅，圆角矩形环状波导的长为300μm，宽为200μm，环的宽度为20μm，圆角的中心角为90°，圆角的外半径为70μm，内半径为50μm。N型半导体的材料为硅，N型半导体的长为300μm，宽为60μm，高为20μm；P型半导体的材料为硅，P型半导体18长为300μm，宽为240μm，高为20μm。当渠道形电温双调控太赫兹波开关的N型半导体、P型半导体没有加电压且温控装置温度没有改变时，渠道形电温双调控太赫兹波开关第一输出端、第二输出端的传输曲线如图6所示，由图可知，当信号输入端输入频率为0.64THz的太赫兹波时，第一输出端的传输参数为-0.07dB，第二输出端的传输参数为-38.5dB，信号可以从第一输出端输出，不能从第二输出端输出。当渠道形电温双调控太赫兹波开关的N型半导体、P型半导体施加电压或者温控装置温度改变时，渠道形电温双调控太赫兹波开关第一输出端、第二输出端的传输曲线如图7所示，由图可知，当信号输入端输入频率为0.64THz的太赫兹波时，第一输出端的传输参数为-39.8dB，第二输出端的传输参数为-0.23dB，信号可以从第二输出端输出，不能从第一输出端输出。

Claims (9)

1.一种渠道形电温双调控太赫兹波开关，其特征在于包括信号输入端（1）、第一输出端（2）、第二输出端（3）、基板（4）；基板（4）上设有第一直波导（5）、U形波导（6）、第二直波导（7）、倒C形波导（8）、第一C形波导（9）、第一S形波导（10）、第二S形波导（11）、Y形装置（12）、第三直波导（13）、第二C形波导（14）、镰刀形波导（15）、圆角矩形环状波导（16）、N型半导体（17）、P型半导体（18）；U形波导（6）的左端与第一直波导（5）的右端相连，U形波导（6）的右端与第二直波导（7）的左端相连，第二直波导（7）的右端与倒C形波导（8）的上端部相连，倒C形波导（8）的下端部与第一C形波导（9）的上端部相连，第一C形波导（9）的下端部与Y形装置（12）的左端相连，第一S形波导（10）的右上端与Y形装置（12）的左端相连，第一S形波导（10）的左下端与第二S形波导（11）的右上端相连，第二S形波导（11）的左下端与第三直波导（13）的右端相连，第三直波导（13）的左端与第二C形波导（14）的下端部相连，第二C形波导（14）的上端部与镰刀形波导（15）的左端相连，圆角矩形环状波导（16）在U形波导（6）与镰刀形波导（15）之间，P型半导体（18）设在圆角矩形环状波导（16）内，圆角矩形环状波导（16）左右外侧分别设有一个N型半导体（17）；第一直波导（5）的左端为信号输入端（1），Y形装置（12）右上端为第一输出端（2），Y形装置（12）右下端为第二输出端（3），所述U形波导（6）由四个小四分之一圆环形波导（19）、两个第四直波导（20）和一个第五直波导（21）连接而成，倒C形波导（8）由一个第六直波导（23）两端分别与两个同向大四分之一圆环形波导（22）连接而成，第一S形波导（10）由一个第七直波导（24）两端分别与两个异向小四分之一圆环形波导（19）连接而成，Y形装置（12）由温控装置（25）与向上小四分之一圆环形波导（19）、向下小四分之一圆环形波导（19）、第七直波导（24）相连的结构，和由温控装置（25）与向下小四分之一圆环形波导（19）、向上小四分之一圆环形波导（19）、第七直波导（24）相连的结构拼接而成，第二C形波导（14）由一个第七直波导（24）两端分别与两个同向小四分之一圆弧形波导（19）连接而成，镰刀形波导（15）由第五直波导（21）和半圆环形波导（26）连接而成，太赫兹波从信号输入端（1）水平输入，当N型半导体（17）、P型半导体（18）没有加电压且Y形装置（12）内的温控装置（25）的温度没有改变时，太赫兹波从第一输出端（2）输出，此时开关状态设为“开”；当N型半导体（17）、P型半导体（18）加电压或者Y形装置（12）内的温控装置（25）的温度改变时，太赫兹波从第二输出端（3）输出，此时开关状态设为“关”，从而实现开关的效果。

2.根据权利要求1所述的一种渠道形电温双调控太赫兹波开关，其特征在于所述的基板（4）的材料为二氧化硅，基板（4）的长为900μm~990μm，宽为900μm~990μm，高为60μm~80μm；所述的第一直波导（5）的材料为硅，第一直波导（5）的长为80μm~90μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm；所述的第二直波导（7）的材料为硅，第二直波导（7）的长为100μm~110μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm；所述的第三直波导（13）的材料为硅，第三直波导（13）的长为120μm~130μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。

3.根据权利要求1所述的一种渠道形电温双调控太赫兹波开关，其特征在于所述的U形波导（6）的材料为硅，小四分之一圆环形波导（19）的外半径为70μm~80μm，内半径为50μm~60μm；第四直波导（20）的长为50μm~60μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm；第五直波导（21）的长为120μm~130μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。

4.根据权利要求1所述的一种渠道形电温双调控太赫兹波开关，其特征在于所述的倒C形波导（8）和第一C形波导（9）的结构尺寸相同且材料均为硅，大四分之一圆环形波导（22）的外半径为80μm~90μm，内半径为60μm~70μm；第六直波导（23）的长为40μm~50μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。

5.根据权利要求1所述的一种渠道形电温双调控太赫兹波开关，其特征在于所述的第一S形波导（10）和第二S形波导（11）的结构尺寸相同且材料均为硅，第七直波导（24）的长为80μm~90μm，宽为20μm~30μm，高为20μm~30μm。

6.根据权利要求1所述的一种渠道形电温双调控太赫兹波开关，其特征在于所述的温控装置（25）的材料为锑化铟，温控装置（25）的长为100μm~110μm，宽为50μm~60μm，高为20μm~30μm。

7.根据权利要求1所述的一种渠道形电温双调控太赫兹波开关，其特征在于所述的第二C形波导（14）和镰刀形波导（15）的材料均为硅，半圆环形波导（26）的外半径为70μm~80μm，内半径为50μm~60μm。

8.根据权利要求1所述的一种渠道形电温双调控太赫兹波开关，其特征在于所述的圆角矩形环状波导（16）的材料为硅，圆角矩形环状波导（16）的长为300μm~320μm，宽为200μm~220μm，环的宽度为20μm~30μm，圆角的中心角为90°，圆角的外半径为70μm~80μm，内半径为50μm~60μm。

9.根据权利要求1所述的一种渠道形电温双调控太赫兹波开关，其特征在于所述的N型半导体（17）的材料为硅，N型半导体（17）的长为300μm~320μm，宽为60μm~70μm，高为20μm~30μm；所述的P型半导体（18）的材料为硅，P型半导体（18）长为300μm~320μm，宽为240μm~260μm，高为20μm~30μm。