CN104483737B - 非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器 - Google Patents

非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器。它包括第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输出端、镂空平板；四个不同波长的太赫兹波分别从第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端输入，分别从第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端输出。本发明具有结构紧凑，尺寸小，合路分路效率高，设计原理简单等优点。

Description

非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器
技术领域
本发明涉及太赫兹波复用器，尤其涉及一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器。
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。太赫兹脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性质，如：瞬态性、宽带性、相干性、低能性等，这些特点决定了太赫兹技术在很多基础研究领域、工业应用领域、医学领域、通信领域以及生物领域中有相当重要的应用前景。因此太赫兹技术以及太赫兹器件的研究逐渐成为世界范围内广泛研究的热点。
太赫兹系统主要由辐射源、探测器件和各种功能器件组成。复用器是一种将不同波长的输入太赫兹波耦合至同一通道中传播，并将不同波长的太赫兹波经不同通道分离输出的器件，在实际应用中，太赫兹波复用器是太赫兹通信系统中必不可少的器件之一，因此有必要设计一种结构简单紧凑，尺寸小，设计原理简单且性能优良的太赫兹波复用器来满足未来太赫兹波通信技术应用的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器。
非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器包括第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端）、第三信号输出端）、第四信号输出端、镂空平板，镂空平板上设有二维周期排列的空气孔，镂空平板上侧从左到右顺次设有第一输出波导、第二输入波导、第二输出波导、第三输出波导，镂空平板下侧从左到右顺次设有第一输入波导、第二输入波导、第三输入波导、第四输入波导，镂空平板中部，第三输入波导与第二输出波导之间设有第一中间波导，第一滤波区及第二滤波区分别位于第二输入波导中的下侧和上侧，第三滤波区位于第二输出波导上侧，第一耦合区于第一输入波导和第二输入波导之间，第二耦合区位于第一中间波导和第三输入波导之间，第三耦合区位于第一中间波导和第四输入波导之间，第四耦合区位于第一中间波导和第二输出波导之间，第五耦合区位于第一输出波导和第二输入波导之间，第六耦合区位于第一中间波导和第三输出波导之间，第一输入波导下端设有第一信号输入端，第二输入波导下端设有第二信号输入端，第三输入波导下端设有第三信号输入端，第四输入波导下端设有第四信号输入端，第一输出波导上端设有第一信号输出端，第二输入波导上端设有第二信号输出端，第二输出波导上端设有第三信号输出端，第三输出波导上端设有第四信号输出端；四个不同波长的太赫兹波分别从第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输入端输入，根据不同的耦合区及滤波区对不同的输入波长的太赫兹波的选择特性，形成不同的模场分布，将四个不同波长的太赫兹波分别从第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输出端分离输出。
所述的二维周期排列的空气孔是镂空平板中二维周期性排列的空气孔阵列，所说的二维周期性是指阵列中任何相邻的三个孔的中心连线构成等边三角形的三角晶格。所述的第一输入波导、第二输入波导、第三输入波导、第四输入波导、第一中间波导、第一输出波导、第二输出波导、第三输出波导是在二维周期排列的空气孔中去除一排空气孔所获得的。所述的第一滤波区、第二滤波区、第三滤波区结构相同，均由一个第二空气孔、两个第三空气孔组成，所述的第二空气孔半径为80~85μm，第三空气孔半径为60~65μm。所述的第一耦合区、第五耦合区、第六耦合区结构相同，均由三个空气孔、四个第四空气孔组成，所述的空气孔半径为100~105μm，第四空气孔半径为170~175μm。所述的第三耦合区、第四耦合区结构相同，均由一个空气孔、四个第四空气孔组成，所述的第二耦合区由两个空气孔、四个第四空气孔组成。所述的镂空平板材料为高阻硅。所述的第一输入波导、第三输入波导、第一中间波导为直形波导，第二输入波导、第四输入波导、第一输出波导、第二输出波导、第三输出波导为折形波导。
本发明具有结构紧凑，尺寸小，合路分路效率高，设计原理简单等优点。
附图说明：
图1是非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器的三维结构示意图；
图2是非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器的二维结构示意图；
图3是非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器的第一信号输出端输出信号功率幅度曲线；
图4是非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器的第二信号输出端输出信号功率幅度曲线；
图5是非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器的第三信号输出端输出信号功率幅度曲线；
图6是非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器的第四信号输出端输出信号功率幅度曲线。
具体实施方式
如图1~2所示，非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器包括第一信号输入端5、第二信号输入端6、第三信号输入端7、第四信号输入端8、第一信号输出端9、第二信号输出端10、第三信号输出端11、第四信号输出端12、镂空平板22，镂空平板22上设有二维周期排列的空气孔1，镂空平板22上侧从左到右顺次设有第一输出波导28、第二输入波导24、第二输出波导29、第三输出波导30，镂空平板22下侧从左到右顺次设有第一输入波导23、第二输入波导24、第三输入波导25、第四输入波导26，镂空平板22中部，第三输入波导25与第二输出波导29之间设有第一中间波导27，第一滤波区13及第二滤波区20分别位于第二输入波导24中的下侧和上侧，第三滤波区21位于第二输出波导29上侧，第一耦合区14位于第一输入波导23和第二输入波导24之间，第二耦合区15位于第一中间波导27和第三输入波导25之间，第三耦合区16位于第一中间波导27和第四输入波导26之间，第四耦合区17位于第一中间波导27和第二输出波导29之间，第五耦合区18位于第一输出波导28和第二输入波导24之间，第六耦合区19位于第一中间波导27和第三输出波导30之间，第一输入波导23下端设有第一信号输入端5，第二输入波导24下端设有第二信号输入端6，第三输入波导25下端设有第三信号输入端7，第四输入波导26下端设有第四信号输入端8，第一输出波导28上端设有第一信号输出端9，第二输入波导24上端设有第二信号输出端10，第二输出波导29上端设有第三信号输出端11，第三输出波导30上端设有第四信号输出端12；四个不同波长的太赫兹波分别从第一信号输入端5、第二信号输入端6、第三信号输入端7、第四信号输入端8输入，根据不同的耦合区及滤波区对不同的输入波长的太赫兹波的选择特性，形成不同的模场分布，将四个不同波长的太赫兹波分别从第一信号输出端9、第二信号输出端10、第三信号输出端11、第四信号输出端12分离输出。
所述的二维周期排列的空气孔1是镂空平板22中二维周期性排列的空气孔阵列，所说的二维周期性是指阵列中任何相邻的三个孔的中心连线构成等边三角形的三角晶格。所述的第一输入波导23、第二输入波导24、第三输入波导25、第四输入波导26、第一中间波导27、第一输出波导28、第二输出波导29、第三输出波导30是在二维周期排列的空气孔1中去除一排空气孔所获得的。所述的第一滤波区13、第二滤波区20、第三滤波区21结构相同，均由一个第二空气孔2、两个第三空气孔3组成，所述的第二空气孔2半径为80~85μm，第三空气孔3半径为60~65μm。所述的第一耦合区14、第五耦合区18、第六耦合区19结构相同，均由三个空气孔1、四个第四空气孔4组成，所述的空气孔1半径为100~105μm，第四空气孔4半径为170~175μm。所述的第三耦合区16、第四耦合区17结构相同，均由一个空气孔1、四个第四空气孔4组成，所述的第二耦合区15由两个空气孔1、四个第四空气孔4组成。所述的镂空平板22材料为高阻硅。所述的第一输入波导23、第三输入波导25、第一中间波导27为直形波导，第二输入波导24、第四输入波导26、第一输出波导28、第二输出波导29、第三输出波导30为折形波导。
实施例1
非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器的二维周期排列的空气孔1是镂空平板22中二维周期性排列的空气孔阵列，所说的二维周期性是指阵列中任何相邻的三个孔的中心连线构成等边三角形的三角晶格。所述的第一输入波导23、第二输入波导24、第三输入波导25、第四输入波导26、第一中间波导27、第一输出波导28、第二输出波导29、第三输出波导30是在二维周期排列的空气孔1中去除一排空气孔所获得的。所述的第一滤波区13、第二滤波区20、第三滤波区21结构相同，均由一个第二空气孔2、两个第三空气孔3组成，所述的第二空气孔2半径为80μm，第三空气孔3半径为60μm。所述的第一耦合区14、第五耦合区18、第六耦合区19结构相同，均由三个空气孔1、四个第四空气孔4组成，所述的空气孔1半径为100μm，第四空气孔4半径为170μm。所述的第三耦合区16、第四耦合区17结构相同，均由一个空气孔1、四个第四空气孔4组成，所述的第二耦合区15由两个空气孔1、四个第四空气孔4组成。所述的镂空平板22材料为高阻硅。非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输出端的输出功率曲线如图3、图4、图5、图6所示，由图可知，当第一信号输入端输入太赫兹波频率为1.25THz时，该频率太赫兹波从第一信号输出端输出，输出功率达到0.98，当第二信号输入端输入太赫兹波频率为1.55THz时，该频率太赫兹波从第二信号输出端输出，输出功率达到0.97，当第三信号输入端输入太赫兹波频率为1.85THz时，该频率太赫兹波从第三信号输出端输出，输出功率达到0.98，当第四信号输入端输入太赫兹波频率为2.05 THz时，该频率太赫兹波从第四信号输出端输出，输出功率达到0.97，实现了良好的复用效果。

Claims (8)

1.一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器，其特征在于包括第一信号输入端（5）、第二信号输入端（6）、第三信号输入端（7）、第四信号输入端（8）、第一信号输出端（9）、第二信号输出端（10）、第三信号输出端（11）、第四信号输出端（12）、镂空平板（22），镂空平板（22）上设有二维周期排列的空气孔（1），镂空平板（22）上侧从左到右顺次设有第一输出波导（28）、第二输入波导（24）、第二输出波导（29）、第三输出波导（30），镂空平板（22）下侧从左到右顺次设有第一输入波导（23）、第二输入波导（24）、第三输入波导（25）、第四输入波导（26），镂空平板（22）中部，第三输入波导（25）与第二输出波导（29）之间设有第一中间波导（27），第一滤波区（13）及第二滤波区（20）分别位于第二输入波导（24）中的下侧和上侧，第三滤波区（21）位于第二输出波导（29）上侧，第一耦合区（14）位于第一输入波导（23）和第二输入波导（24）之间，第二耦合区（15）位于第一中间波导（27）和第三输入波导（25）之间，第三耦合区（16）位于第一中间波导（27）和第四输入波导（26）之间，第四耦合区（17）位于第一中间波导（27）和第二输出波导（29）之间，第五耦合区（18）位于第一输出波导（28）和第二输入波导（24）之间，第六耦合区（19）位于第一中间波导（27）和第三输出波导（30）之间，第一输入波导（23）下端设有第一信号输入端（5），第二输入波导（24）下端设有第二信号输入端（6），第三输入波导（25）下端设有第三信号输入端（7），第四输入波导（26）下端设有第四信号输入端（8），第一输出波导（28）上端设有第一信号输出端（9），第二输入波导（24）上端设有第二信号输出端（10），第二输出波导（29）上端设有第三信号输出端（11），第三输出波导（30）上端设有第四信号输出端（12）；四个不同波长的太赫兹波分别从第一信号输入端（5）、第二信号输入端（6）、第三信号输入端（7）、第四信号输入端（8）输入，根据不同的耦合区及滤波区对不同的输入波长的太赫兹波的选择特性，形成不同的模场分布，将四个不同波长的太赫兹波分别从第一信号输出端（9）、第二信号输出端（10）、第三信号输出端（11）、第四信号输出端（12）分离输出。
2.根据权利要求1所述的一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器，其特征在于所述的二维周期排列的空气孔（1）是镂空平板（22）中二维周期性排列的空气孔阵列，所述的二维周期性是指阵列中任何相邻的三个孔的中心连线构成等边三角形的三角晶格。
3.根据权利要求1所述的一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器，其特征在于所述的第一输入波导（23）、第二输入波导（24）、第三输入波导（25）、第四输入波导（26）、第一中间波导（27）、第一输出波导（28）、第二输出波导（29）、第三输出波导（30）是在二维周期排列的空气孔（1）中去除一排空气孔所获得的。
4.根据权利要求1所述的一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器，其特征在于所述的第一滤波区（13）、第二滤波区（20）、第三滤波区（21）结构相同，均由一个第二空气孔（2）、两个第三空气孔（3）组成，所述的第二空气孔（2）半径为80~85μm，第三空气孔（3）半径为60~65μm。
5.根据权利要求1所述的一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器，其特征在于所述的第一耦合区（14）、第五耦合区（18）、第六耦合区（19）结构相同，均由三个空气孔（1）、四个第四空气孔（4）组成，所述的空气孔（1）半径为100~105μm，第四空气孔（4）半径为170~175μm。
6.根据权利要求1所述的一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器，其特征在于所述的第三耦合区（16）、第四耦合区（17）结构相同，均由一个空气孔（1）、四个第四空气孔（4）组成，所述的第二耦合区（15）由两个空气孔（1）、四个第四空气孔（4）组成。
7.根据权利要求1所述的一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器，其特征在于所述的镂空平板（22）材料为高阻硅。
8.根据权利要求1所述的一种非对称孔状镂空结构的多入多出太赫兹波复用器，其特征在于所述的第一输入波导（23）、第三输入波导（25）、第一中间波导（27）为直形波导，第二输入波导（24）、第四输入波导（26）、第一输出波导（28）、第二输出波导（29）、第三输出波导（30）为折形波导。
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