CN104407416B - M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种M形一维光子晶体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、第一U形平板偏振器、第二U形平板偏振器、M形平板偏振器、条形平板偏振器、M形耦合区域；条形平板偏振器与第一U形平板偏振器的下侧组成的端口为信号输入端，第一U形平板偏振器的上侧与M形平板偏振器的上侧组成的端口为第一信号输出端，第二U形平板偏振器的下侧与M形平板偏振器的下侧组成的端口为第二信号输出端。本发明具有结构简单，分束率高，成本低，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。

Description

M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器
技术领域
本发明涉及太赫兹波偏振分束器，尤其涉及一种M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器。
背景技术
太赫兹技术是二十世纪80年代末发展起来的一种新技术。太赫兹频域是指频率在0.1THz~10THz，太赫兹波独特的频率范围位于微波频段和光频段之间覆盖了多数大分子物质的分子振动和转动光谱，因此多数大分子物质在太赫兹频段无论其吸收谱、反射谱还是发射谱都具有明显的指纹谱特性，这一点是微波所不具备的。此外，太赫兹波可以不同程度地穿透多数物质，这个特点为红外辐射所不具备。这些特点决定了太赫兹技术存在的价值，日益发展的太赫兹波技术在天文、生物医学、安全及环境监测、成像、宽带无线通信和雷达等方面均具有重大的科学价值和广阔的应用前景，其中太赫兹波通信技术具有毫米波通信及光通信的特性，可以应用于室内局域网通信等方面。国际上关于太赫兹波的研究机构大量涌现，并取得了很多研究成果，太赫兹技术仍将是未来很长一段时间世界范围内广泛研究的热点。
近年来国内外对于太赫兹波功能器件的研究已经逐渐展开，太赫兹波偏振分束器是一种非常重要的太赫兹波器件，用于操控、控制太赫兹波系统中的太赫兹波，目前国内外很多科研机构都致力于这方面的研究并取得了一定的进展，但是太赫兹波偏振分束器作为太赫兹波功能器件研究中的重点和难点其现有的研究成果和进展还十分有限，现有的太赫兹波偏振分束器往往结构复杂、体积庞大、难以制作并且价格昂贵，因此有必要设计一种结构简单紧凑、体积小、质量轻、分束效率高的太赫兹偏振分束器来满足未来太赫兹波技术应用需要。太赫兹波偏振分束器研究对促进太赫兹波功能器件的研究具有不可或缺的重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器。
M形一维光子晶体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、条形平板偏振器、第一U形平板偏振器、M形平板偏振器、第二U形平板偏振器、M形耦合区域；M形平板偏振器内前后对称分别设有第一U形平板偏振器、第二U形平板偏振器端部前侧设有条形平板偏振器，第一U形平板偏振器、第二U形平板偏振器均由U形平板左右叠加而成，条形平板偏振器由条形平板前后叠加而成，M形平板偏振器由M形平板左右叠加而成，M形耦合区域由第一U形平板偏振器、第二U形平板偏振器、M形平板偏振器、条形平板偏振器分隔组成，条形平板偏振器与第一U形平板偏振器的下侧组成的端口为信号输入端，第一U形平板偏振器的上侧与M形平板偏振器的上侧组成的端口为第一信号输出端，第二U形平板偏振器的下侧与M形平板偏振器的下侧组成的端口为第二信号输出端。
所述的M形耦合区域，中间宽度为10~12mm，两侧宽度为5~6mm。所述的M形平板偏振器长度为135~138mm。所述的第一U形平板偏振器与第二U形平板偏振器结构相同，长度为100~102mm。所述的条形平板偏振器长度为18~20mm。所述的M形平板弯曲角度θ3为180度，θ4为180度。所述的U形平板弯曲角度θ1为180度，θ2为180度。所述的U形平板、M形平板、条形平板材料为聚合物和晶体硅相邻分布材料，折射率分别为n 1=1.6，n 2=3.42，所述的M形偶和区域材料为空气，折射率为n 0=1。
本发明具有结构简单，分束率高，成本低，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M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器的二维结构示意图；
图2是M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器的信号输出端口面示意图；
图3是M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器的信号输入端口面示意图；
图4是M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器的输入信号为TM波时的能量分布图；
图5是M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器的输入信号为TE波时的能量分布图；
图6是M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器的TM、TE波透射率曲线；
图7是M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器的TE、TM波透射率曲线。
具体实施方式
如图1~3所示，M形一维光子晶体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、条形平板偏振器4、第一U形平板偏振器5、M形平板偏振器6、第二U形平板偏振器7、M形耦合区域8；M形平板偏振器6内前后对称分别设有第一U形平板偏振器5、第二U形平板偏振器7端部前侧设有条形平板偏振器4，第一U形平板偏振器5、第二U形平板偏振器7均由U形平板左右叠加而成，条形平板偏振器4由条形平板前后叠加而成，M形平板偏振器6由M形平板左右叠加而成，M形耦合区域8由第一U形平板偏振器5、第二U形平板偏振器7、M形平板偏振器6、条形平板偏振器4分隔组成，条形平板偏振器4与第一U形平板偏振器5的下侧组成的端口为信号输入端1，第一U形平板偏振器5的上侧与M形平板偏振器6的上侧组成的端口为第一信号输出端2，第二U形平板偏振器7的下侧与M形平板偏振器6的下侧组成的端口为第二信号输出端3。
所述的M形耦合区域8，中间宽度为10~12mm，两侧宽度为5~6mm。所述的M形平板偏振器6长度为135~138mm。所述的第一U形平板偏振器5与第二U形平板偏振器7结构相同，长度为100~102mm。所述的条形平板偏振器4长度为18~20mm。所述的M形平板弯曲角度θ3为180度，θ4为180度。所述的U形平板弯曲角度θ1为180度，θ2为180度。所述的U形平板、M形平板、条形平板材料为聚合物和晶体硅相邻分布材料，折射率分别为n 1=1.6，n 2=3.42，所述的M形偶和区域8材料为空气，折射率为n 0=1。
实施例1
M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器，d 1 为3mm，d 2为9mm，间距d 3为31mm，所述的M形偶和区域中间宽度为10mm，两侧宽度为5mm。所述的M形平板偏振器长度为135mm。所述的第一U形平板偏振器与第二U形平板偏振器结构相同，长度为100mm。所述的条形平板偏振器长度为18mm。所述的M形平板弯曲角度θ3为180度，θ4为180度。所述的U形平板弯曲角度θ1为180度，θ2为180度。所述的U形平板、M形平板、条形平板材料为聚合物和晶体硅相邻分布材料，折射率分别为n 1=1.6，n 2=3.42，所述的M形偶和区域材料为空气，折射率为n 0=1。M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器的能量分布图如图4及图5所示，当输入信号为TM波时，信号经过耦合区域后从第一信号输出端输出，当输入信号为TE波时，信号经过耦合区域后从第二信号输出端输出，M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器的第一信号输出端的TM波、TE波输出功率曲线如图6所示，在0.5~1.5THz频段内TM波最大输出功率插入损耗为0.08dB，TE波最小输出功率消光比为40dB。第二信号输出端的TE波、TM波输出功率曲线如图7所示，在0.5~1.5THz频段内TE波最大输出功率插入损耗为0.06dB，TM波最小输出功率消光比为41dB，实现了良好的偏振分束效果。

Claims (5)

1.一种M形一维光子晶体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）、条形平板偏振器（4）、第一U形平板偏振器（5）、M形平板偏振器（6）、第二U形平板偏振器（7）、M形耦合区域（8）；M形平板偏振器（6）内前后对称分别设有第一U形平板偏振器（5）和第二U形平板偏振器（7），端部前侧设有条形平板偏振器（4）；第一U形平板偏振器（5）、第二U形平板偏振器（7）均由U形平板左右叠加而成，条形平板偏振器（4）由条形平板前后叠加而成，M形平板偏振器（6）由M形平板左右叠加而成，M形耦合区域（8）由第一U形平板偏振器（5）、第二U形平板偏振器（7）、M形平板偏振器（6）、条形平板偏振器（4）分隔组成，条形平板偏振器（4）与第一U形平板偏振器（5）的下侧组成的端口为信号输入端（1），第一U形平板偏振器（5）的上侧与M形平板偏振器（6）的上侧组成的端口为第一信号输出端（2），第二U形平板偏振器（7）的下侧与M形平板偏振器（6）的下侧组成的端口为第二信号输出端（3）。
2.根据权利要求1所述的一种M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的M形耦合区域（8），中间宽度为10~12mm，两侧宽度为5~6mm。
3.根据权利要求1所述的一种M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的M形平板偏振器（6）长度为135~138mm。
4.根据权利要求1所述的一种M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的第一U形平板偏振器（5）与第二U形平板偏振器（7）结构相同，长度为100~102mm。
5.根据权利要求1所述的一种M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的条形平板偏振器（4）长度为18~20mm。
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