CN105866886B - 多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器。它包括孔状镂空平板、二维周期排列的第一空气孔和第二空气孔、第一直线波导、第二直线波导、椭圆空气孔波导、信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端，信号从信号输入端输入，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。本发明具有结构简单、分束率高，尺寸小，成本低、易于集成等优点。

Description

多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器
技术领域
本发明涉及太赫兹波分束器，尤其涉及一种多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器。
背景技术
近年来，在电磁波谱上介于发展已相当成熟的毫米波和红外光之间的太赫兹波无疑是一个崭新的研究领域。太赫兹波频率0.1～10THz，波长为30μm～3mm。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测方法，与传统的微波技术和光学技术相比较，人们对该波段电磁辐射性质的了解甚少，以至于该波段成为了电磁波谱中的太赫兹空隙。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。可以说太赫兹技术科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题，又是新一代信息产业以及基础科学发展的重大需求。高效的太赫兹辐射源和成熟的检测技术是推动太赫兹技术科学发展和应用的首要条件，但太赫兹技术的广泛应用离不开满足不同应用领域要求的实用化功能器件的支撑。在太赫兹通信、多谱成像、物理、化学等众多应用系统中，对太赫兹波导、开关、偏振分束器、滤波及功分等功能器件的需求是迫切的。
太赫兹波偏振分束器是一类重要的太赫兹波功能器件，近年来太赫兹波偏振分束器已成为国内外研究的热点和难点。然而现有的太赫兹波偏振分束器大都存在着结构复杂、偏振分束效率低、成本高等诸多缺点，所以研究结构简单、偏振分束效率高、成本低、尺寸小，具有可调性能的太赫兹波偏振分束器意义重大。
发明内容
本发明为了克服现有技术不足，提供一种结构简单、偏振分束效率高的太赫兹波偏振分束器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器，包括第一空气孔、第二空气孔、椭圆空气孔、第一直线波导、第二直线波导、椭圆空气孔波导、信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、镂空平板；镂空平板设有呈等边三角形交错周期排列的第一空气孔和第二空气孔，通过移除部分空气孔得到了第一直线波导和第二直线波导，椭圆空气孔波导由4个椭圆空气孔组成，第一直线波导和第二直线波导呈垂直分布，第一直线波导的上端与第二直线波导的右端相连，椭圆空气孔波导与第一直线波导在同一条直线上，椭圆空气孔波导下端与第一直线波导的上端相连，第一直线波导的下端设有信号输入端，第二直线波导的左端设有第一信号输出端，椭圆空气孔波导的上端设有第二信号输出端，信号从信号输入端输入，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。
太赫兹波偏振分束器的具体结构参数可做如下优选：所述的孔状镂空平板的材料为硅，折射率为3.45。所述的第一空气孔的半径为29～30μm，第二空气孔的半径为39～40μm，相邻的第一空气孔之间圆心的距离为128～129μm，相邻的第二空气孔之间圆心的距离为222～223μm，相邻的第一空气孔和第二空气孔之间圆心的距离为128～129μm。所述的椭圆空气孔的长轴为62～63μm，短轴为36～37μm，相邻椭圆空气孔中心之间的距离为222～223μm。
本发明的多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器具有结构简单紧凑，偏振分束效率高，尺寸小，体积小，便于制作，可调等优点，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是多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器的三维维结构示意图；
图2是多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器的二维维结构示意图；
图3是多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器输入频率为1THz时，输入太赫兹波为TM波时的稳态电场分布图；
图4是多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器输入频率为1THz时，输入太赫兹波为TE波时的稳态电场分布图；
图5是多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器第一信号输出端输出功率曲线；
图6是多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器第二信号输出端输出功率曲线。
具体实施方式
如图1和2所示，一种多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器，包括第一空气孔1、第二空气孔2、椭圆空气孔3、第一直线波导4、第二直线波导5、椭圆空气孔波导6、信号输入端7、第一信号输出端8、第二信号输出端9、镂空平板10；镂空平板10设有呈等边三角形交错周期排列(即如图1所示，任意相邻的2个第一空气孔和1个第二空气孔的圆心连线形成等边三角形)的第一空气孔1和第二空气孔2，通过移除部分空气孔得到了第一直线波导4和第二直线波导5，椭圆空气孔波导6由4个椭圆空气孔3组成，第一直线波导4和第二直线波导5呈垂直分布，第一直线波导4的上端与第二直线波导5的右端相连，椭圆空气孔波导6与第一直线波导4在同一条直线上，椭圆空气孔波导6下端与第一直线波导4的上端相连，第一直线波导4的下端设有信号输入端7，第二直线波导5的左端设有第一信号输出端8，椭圆空气孔波导6的上端设有第二信号输出端9，信号从信号输入端7输入，第一信号输出端8输出TM波，第二信号输出端9输出TE波，获得偏振分束性能。
所述的孔状镂空平板10的材料为硅，折射率为3.45。所述的第一空气孔1的半径为29～30μm，第二空气孔2的半径为39～40μm，相邻的第一空气孔1之间圆心的距离为128～129μm，相邻的第二空气孔2之间圆心的距离为222～223μm，相邻的第一空气孔1和第二空气孔2之间圆心的距离为128～129μm。所述的椭圆空气孔3的长轴为62～63μm，短轴为36～37μm，相邻椭圆空气孔3中心之间的距离为222～223μm。
实施例1
本实施例中，太赫兹波偏振分束器的结构亦如前所述(图1和2)，具体结构在此不再赘叙。太赫兹波偏振分束器的结构参数具体为：孔状镂空平板的材料为硅，折射率为3.45。第一空气孔的半径为29.5μm，第二空气孔的半径为39.8μm，相邻的第一空气孔之间圆心的距离为128.4μm，相邻的第二空气孔之间圆心的距离为222.4μm，相邻的第一空气孔和第二空气孔之间圆心的距离为128.4μm。椭圆空气孔的长轴为62μm，短轴为36.97μm，相邻椭圆空气孔中心之间的距离为222.4μm。输入太赫兹波频率为1THz时且输入太赫兹波为TM波时的稳态电场分布图如图3所示，输入太赫兹波频率为1THz时且输入太赫兹波为TE波时的稳态电场分布图如图4所示，多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器的第一信号输出端的TM波、TE波功率曲线如图5所示；多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器的第二信号输出端的TE波、TM波功率曲线如图6所示。可以看出，第一信号输出端输出是TM波，而第二信号输出端输出的是TE波，实现了偏振分束功能。

Claims (2)

1.一种多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于包括第一空气孔(1)、第二空气孔(2)、椭圆空气孔(3)、第一直线波导(4)、第二直线波导(5)、椭圆空气孔波导(6)、信号输入端(7)、第一信号输出端(8)、第二信号输出端(9)、镂空平板(10)；镂空平板(10)设有呈等边三角形交错周期排列的第一空气孔(1)和第二空气孔(2)，通过移除部分空气孔得到了第一直线波导(4)和第二直线波导(5)，椭圆空气孔波导(6)由4个椭圆空气孔(3)组成，第一直线波导(4)和第二直线波导(5)呈垂直分布，第一直线波导(4)的上端与第二直线波导(5)的右端相连，椭圆空气孔波导(6)与第一直线波导(4)在同一条直线上，椭圆空气孔波导(6)下端与第一直线波导(4)的上端相连，第一直线波导(4)的下端设有信号输入端(7)，第二直线波导(5)的左端设有第一信号输出端(8)，椭圆空气孔波导(6)的上端设有第二信号输出端(9)，信号从信号输入端(7)输入，第一信号输出端(8)输出TM波，第二信号输出端(9)输出TE波，获得偏振分束性能；所述的第一空气孔(1)的半径为29～30μm，第二空气孔(2)的半径为39～40μm，相邻的第一空气孔(1)之间圆心的距离为128～129μm，相邻的第二空气孔(2)之间圆心的距离为222～223μm，相邻的第一空气孔(1)和第二空气孔(2)之间圆心的距离为128～129μm；所述的椭圆空气孔(3)的长轴为62～63μm，短轴为36～37μm，相邻椭圆空气孔(3)中心之间的距离为222～223μm。
2.根据权利要求1所述的一种多种空气孔镂空平板结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的孔状镂空平板(10)的材料为硅，折射率为3.45。
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