CN107910620A - 一种可控太赫兹波开关 - Google Patents

一种可控太赫兹波开关 Download PDF

Info

Publication number
CN107910620A
CN107910620A CN201711125907.0A CN201711125907A CN107910620A CN 107910620 A CN107910620 A CN 107910620A CN 201711125907 A CN201711125907 A CN 201711125907A CN 107910620 A CN107910620 A CN 107910620A
Authority
CN
China
Prior art keywords
single mode
photonic crystal
signal input
mode waveguide
thz wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711125907.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107910620B (zh
Inventor
李九生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Jiliang University
Original Assignee
China Jiliang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Jiliang University filed Critical China Jiliang University
Priority to CN201711125907.0A priority Critical patent/CN107910620B/zh
Publication of CN107910620A publication Critical patent/CN107910620A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107910620B publication Critical patent/CN107910620B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/295—Analog deflection from or in an optical waveguide structure]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可控太赫兹波开关，它包括二维周期排列的介质柱光子晶体及位于介质柱光子晶体之间的第一信号输入端、第二信号输入端、第一偏置信号输入端、第二偏置信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、第一单模波导、第二单模波导、第三单模波导、第四单模波导、第五单模波导、第六单模波导、第一光子晶体谐振环、第二光子晶体谐振环、第三光子晶体谐振环、第一耦合光子晶体介质柱阵列、第二耦合光子晶体介质柱阵列，当偏置信号输入端持续输入偏置信号时，通过选择从不同信号输入端输入信号，从而控制太赫兹波从不同的信号输出端输出，实现可控太赫兹波开关。本发明具有结构简单、可控性强、尺寸小、成本低、易于集成等优点。

Description

一种可控太赫兹波开关
技术领域
本发明涉及开关，尤其涉及一种可控太赫兹波开关。
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。
太赫兹波开关是一类重要的太赫兹波功能器件，近年来太赫兹波开关已成为国内外研究的热点和难点。然而现有的太赫兹波开关大都存在着结构复杂、输出效率低、成本高等诸多缺点，所以研究结构简单、输出效率高、成本低、尺寸小，具有可控性能的太赫兹波开关意义重大。
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、可控的太赫兹波开关。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种可控太赫兹波开关包括二维周期排列的介质柱光子晶体及位于介质柱光子晶体之间的第一信号输入端、第二信号输入端、第一偏置信号输入端、第二偏置信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、第一单模波导、第二单模波导、第三单模波导、第四单模波导、第五单模波导、第六单模波导、第一光子晶体谐振环、第二光子晶体谐振环、第三光子晶体谐振环、第一耦合光子晶体介质柱阵列、第二耦合光子晶体介质柱阵列；太赫兹波开关左端从上到下顺次设有第一偏置信号输入端、第一信号输入端、第二偏置信号输入端、第二信号输入端，太赫兹波开关右端从上到下顺次设有第一信号输出端、第二信号输出端，第一偏置信号输入端右端与第一单模波导相连接，第一单模波导下方设有第一光子晶体谐振环，第一信号输入端右方设有第一光子晶体谐振环，第一光子晶体谐振环下方设有第四单模波导，第二偏置信号输入端右端与第二单模波导相连接，第二单模波导下方设有第二光子晶体谐振环，第二信号输入端右方设有第二光子晶体谐振环，第二光子晶体谐振环下方设有第五单模波导，第一信号输出端左端与第三单模波导相连接，第三单模波导下方设有第一耦合光子晶体介质柱阵列，第一耦合光子晶体介质柱阵列下方设有第三光子晶体谐振环，第三光子晶体谐振环右方设有第二耦合光子晶体介质柱阵列，第二耦合光子晶体介质柱阵列右方设有第六单模波导，第六单模波导下端与第二信号输出端相连接，第一单模波导、第二单模波导、第三单模波导相连接构成Y形通道，第一偏置信号输入端、第二偏置信号输入端持续输入偏置信号，当仅从第一信号输入端或第二信号输入端输入太赫兹波时，可以控制太赫兹波从第一信号输出端输出，当同时从第一信号输入端和第二信号输入端输入太赫兹波时，可以控制太赫兹波从第二信号输出端输出，从而实现太赫兹波开关功能。
所述的介质柱光子晶体沿X-Z平面呈正方周期性分布的光子晶体阵列，材料为硅，折射率为3.46，介质柱光子晶体半径为40～42μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。所述的第一光子晶体谐振环、第二光子晶体谐振环形状结构相同，均由7行×7列介质柱光子晶体沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，介质柱光子晶体半径为 40～42μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。所述的第三光子晶体谐振环由3行×3列介质柱光子晶体沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，介质柱光子晶体半径为40～42μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。所述的第一耦合光子晶体介质柱阵列、第二耦合光子晶体介质柱阵列形状结构相同，均由三个小介质柱光子晶体沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，小介质柱光子晶体半径均为25～26μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。
本发明的可控太赫兹波开关具有结构简单紧凑，尺寸小，便于制作，可控等优点，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是可控太赫兹波开关的二维结构示意图；
图2是可控太赫兹波开关仅从第一信号输入端输入太赫兹波，从第一信号输出端输出时的开关稳态电场分布图；
图3是可控太赫兹波开关仅从第二信号输入端输入太赫兹波，从第一信号输出端输出时的开关稳态电场分布图；
图4是可控太赫兹波开关同时从第一信号输入端、第二信号输入端输入太赫兹波，从第二信号输出端输出时的开关稳态电场分布图；
图5是可控太赫兹波开关第一信号输出端输出功率曲线；
图6是可控太赫兹波开关第二信号输出端输出功率曲线。
具体实施方式
如图1所示，一种可控太赫兹波开关包括二维周期排列的介质柱光子晶体18及位于介质柱光子晶体18之间的第一信号输入端1、第二信号输入端2、第一偏置信号输入端3、第二偏置信号输入端4、第一信号输出端5、第二信号输出端6、第一单模波导7、第二单模波导8、第三单模波导9、第四单模波导10、第五单模波导11、第六单模波导12、第一光子晶体谐振环13、第二光子晶体谐振环14、第三光子晶体谐振环15、第一耦合光子晶体介质柱阵列16、第二耦合光子晶体介质柱阵列17；太赫兹波开关左端从上到下顺次设有第一偏置信号输入端3、第一信号输入端1、第二偏置信号输入端4、第二信号输入端2，太赫兹波开关右端从上到下顺次设有第一信号输出端5、第二信号输出端6，第一偏置信号输入端3右端与第一单模波导7相连接，第一单模波导7下方设有第一光子晶体谐振环13，第一信号输入端1右方设有第一光子晶体谐振环13，第一光子晶体谐振环13下方设有第四单模波导10，第二偏置信号输入端4右端与第二单模波导8相连接，第二单模波导8下方设有第二光子晶体谐振环14，第二信号输入端2右方设有第二光子晶体谐振环14，第二光子晶体谐振环14下方设有第五单模波导11，第一信号输出端5左端与第三单模波导9相连接，第三单模波导9下方设有第一耦合光子晶体介质柱阵列16，第一耦合光子晶体介质柱阵列16下方设有第三光子晶体谐振环15，第三光子晶体谐振环15右方设有第二耦合光子晶体介质柱阵列17，第二耦合光子晶体介质柱阵列17右方设有第六单模波导12，第六单模波导12下端与第二信号输出端6相连接，第一单模波导7、第二单模波导8、第三单模波导9相连接构成Y形通道，第一偏置信号输入端3、第二偏置信号输入端4持续输入偏置信号，当仅从第一信号输入端1或第二信号输入端2输入太赫兹波时，可以控制太赫兹波从第一信号输出端5输出，当同时从第一信号输入端1 和第二信号输入端2输入太赫兹波时，可以控制太赫兹波从第二信号输出端6输出，从而实现太赫兹波开关功能。
所述的介质柱光子晶体18沿X-Z平面呈正方周期性分布的光子晶体阵列，材料为硅，折射率为3.46，介质柱光子晶体18的半径为 40～42μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。所述的第一光子晶体谐振环13、第二光子晶体谐振环14形状结构相同，均由7行×7列介质柱光子晶体18沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，介质柱光子晶体18半径为40～42μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。所述的第三光子晶体谐振环15由3行×3列介质柱光子晶体18沿X-Z 平面呈正方周期性分布组成，介质柱光子晶体18半径为40～42μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。所述的第一耦合光子晶体介质柱阵列16、第二耦合光子晶体介质柱阵列17形状结构相同，均由三个小介质柱光子晶体19沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，小介质柱光子晶体19半径均为25～26μm，介质柱圆心之间的距离为 200～202μm。
实施例1
介质柱光子晶体沿X-Z平面呈正方周期性分布的光子晶体阵列，材料为硅，折射率为3.46，介质柱光子晶体的半径为40μm，介质柱圆心之间的距离为200μm。第一光子晶体谐振环、第二光子晶体谐振环形状结构相同，均由7行×7列介质柱光子晶体沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，介质柱光子晶体半径为40μm，介质柱圆心之间的距离为200μm。第三光子晶体谐振环由3行×3列介质柱光子晶体沿 X-Z平面呈正方周期性分布组成，介质柱光子晶体半径为40μm，介质柱圆心之间的距离为200μm。第一耦合光子晶体介质柱阵列、第二耦合光子晶体介质柱阵列形状结构相同，均由三个小介质柱光子晶体沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，小介质柱光子晶体半径均为 25μm，介质柱圆心之间的距离为200μm。当仅从第一信号输入端输入太赫兹波，从第一信号输出端输出太赫兹波时的开关稳态电场分布图如图2所示。当仅从第二信号输入端输入太赫兹波，从第一信号输出端输出太赫兹波时的开关稳态电场分布图如图3所示。当同时从第一信号输入端、第二信号输入端输入太赫兹波，从第二信号输出端输出太赫兹波时的开关稳态电场分布图如图4所示。可控太赫兹波开关第一信号输出端输出功率曲线如图5所示，最大输出功率为33.1％。可控太赫兹波开关第二信号输出端输出功率曲线如图6所示，最大输出功率为97.2％。

Claims (5)

1.一种可控太赫兹波开关，其特征在于包括二维周期排列的介质柱光子晶体(18)及位于介质柱光子晶体(18)之间的第一信号输入端(1)、第二信号输入端(2)、第一偏置信号输入端(3)、第二偏置信号输入端(4)、第一信号输出端(5)、第二信号输出端(6)、第一单模波导(7)、第二单模波导(8)、第三单模波导(9)、第四单模波导(10)、第五单模波导(11)、第六单模波导(12)、第一光子晶体谐振环(13)、第二光子晶体谐振环(14)、第三光子晶体谐振环(15)、第一耦合光子晶体介质柱阵列(16)、第二耦合光子晶体介质柱阵列(17)；太赫兹波开关左端从上到下顺次设有第一偏置信号输入端(3)、第一信号输入端(1)、第二偏置信号输入端(4)、第二信号输入端(2)，太赫兹波开关右端从上到下顺次设有第一信号输出端(5)、第二信号输出端(6)，第一偏置信号输入端(3)右端与第一单模波导(7)相连接，第一单模波导(7)下方设有第一光子晶体谐振环(13)，第一信号输入端(1)右方设有第一光子晶体谐振环(13)，第一光子晶体谐振环(13)下方设有第四单模波导(10)，第二偏置信号输入端(4)右端与第二单模波导(8)相连接，第二单模波导(8)下方设有第二光子晶体谐振环(14)，第二信号输入端(2)右方设有第二光子晶体谐振环(14)，第二光子晶体谐振环(14)下方设有第五单模波导(11)，第一信号输出端(5)左端与第三单模波导(9)相连接，第三单模波导(9)下方设有第一耦合光子晶体介质柱阵列(16)，第一耦合光子晶体介质柱阵列(16)下方设有第三光子晶体谐振环(15)，第三光子晶体谐振环(15)右方设有第二耦合光子晶体介质柱阵列(17)，第二耦合光子晶体介质柱阵列(17)右方设有第六单模波导(12)，第六单模波导(12)下端与第二信号输出端(6)相连接，第一单模波导(7)、第二单模波导(8)、第三单模波导(9)相连接构成Y形通道，第一偏置信号输入端(3)、第二偏置信号输入端(4)持续输入偏置信号，当仅从第一信号输入端(1)或第二信号输入端(2)输入太赫兹波时，可以控制太赫兹波从第一信号输出端(5)输出，当同时从第一信号输入端(1)和第二信号输入端(2)输入太赫兹波时，可以控制太赫兹波从第二信号输出端(6)输出，从而实现太赫兹波开关功能。
2.根据权利要求1所述的一种可控太赫兹波开关，其特征在于所述的介质柱光子晶体(18)沿X-Z平面呈正方周期性分布的光子晶体阵列，材料为硅，折射率为3.46，介质柱光子晶体(18)半径为40～42μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。
3.根据权利要求1所述的一种可控太赫兹波开关，其特征在于所述的第一光子晶体谐振环(13)、第二光子晶体谐振环(14)形状结构相同，均由7行×7列介质柱光子晶体(18)沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，介质柱光子晶体(18)半径为40～42μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。
4.根据权利要求1所述的一种可控太赫兹波开关，其特征在于所述的第三光子晶体谐振环(15)由3行×3列介质柱光子晶体(18)沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，介质柱光子晶体(18)半径为40～42μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。
5.根据权利要求1所述的一种可控太赫兹波开关，其特征在于所述的第一耦合光子晶体介质柱阵列(16)、第二耦合光子晶体介质柱阵列(17)形状结构相同，均由三个小介质柱光子晶体(19)沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，小介质柱光子晶体(19)半径均为25～26μm，介质柱圆心之间的距离为200～202μm。
CN201711125907.0A 2017-11-13 2017-11-13 可控太赫兹波开关 Active CN107910620B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711125907.0A CN107910620B (zh) 2017-11-13 2017-11-13 可控太赫兹波开关

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711125907.0A CN107910620B (zh) 2017-11-13 2017-11-13 可控太赫兹波开关

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107910620A true CN107910620A (zh) 2018-04-13
CN107910620B CN107910620B (zh) 2019-11-08

Family

ID=61844170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711125907.0A Active CN107910620B (zh) 2017-11-13 2017-11-13 可控太赫兹波开关

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107910620B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108646442A (zh) * 2018-05-08 2018-10-12 南京邮电大学 基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关
CN108761638A (zh) * 2018-08-03 2018-11-06 中国计量大学 多输出端口太赫兹波功率分配器
CN108983353A (zh) * 2018-08-03 2018-12-11 中国计量大学 可变多通道太赫兹波功分器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005091467A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Nec Corp フォトニック結晶光機能素子
JP2009237094A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 高速スイッチング素子及びスイッチ高速化方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005091467A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Nec Corp フォトニック結晶光機能素子
JP2009237094A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 高速スイッチング素子及びスイッチ高速化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIA ZHANG等: "Three-wavelength multiplexer/demultiplexer based on photonic crystal", 《2011 ASIA COMMUNICATIONS AND PHOTONICS CONFERENCE AND EXHIBITION (ACP)》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108646442A (zh) * 2018-05-08 2018-10-12 南京邮电大学 基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关
CN108761638A (zh) * 2018-08-03 2018-11-06 中国计量大学 多输出端口太赫兹波功率分配器
CN108983353A (zh) * 2018-08-03 2018-12-11 中国计量大学 可变多通道太赫兹波功分器
CN108761638B (zh) * 2018-08-03 2020-10-09 中国计量大学 多输出端口太赫兹波功率分配器

Also Published As

Publication number Publication date
CN107910620B (zh) 2019-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107910620A (zh) 一种可控太赫兹波开关
CN102156327A (zh) 双谐振腔结构的太赫兹波偏振分束器
CN104064422A (zh) 一种小型全金属慢波器件
CN107608026B (zh) 基于蛇型结构的太赫兹偏振多模旋转器
CN105044838B (zh) 可调多通道太赫兹波功分器
Dong et al. Liquid metal-based devices: Material properties, fabrication and functionalities
Zhang et al. Multi frequency controllable in-band suppressions in a broad bandwidth microstrip filter design for 5G Wi-Fi and satellite communication systems utilizing a quad-mode stub-loaded resonator
CN106169923B (zh) 太赫兹波sr锁存器
Chen et al. Theoretical study of a 0.22 THz backward wave oscillator based on a dual-gridded, carbon-nanotube cold cathode
Mauro et al. Numerical simulation of a hollow-core woodpile-based mode launcher for dielectric laser accelerators
CN108983353B (zh) 可变多通道太赫兹波功分器
WO2016095846A1 (zh) 光子晶体记忆式全光或与逻辑门
CN104483804B (zh) 光子晶体全光与变换逻辑门
CN108562972B (zh) 变输出端口的可控太赫兹波功分器
CN202033495U (zh) 一种双谐振腔结构的太赫兹波偏振分束器
CN207752171U (zh) 基于交叉结构的新型太赫兹吸收器
CN108873160A (zh) 输出端可调太赫兹波功分器
CN103675998B (zh) 人参形太赫兹波偏振分束器
CN108761638A (zh) 多输出端口太赫兹波功率分配器
CN102928920B (zh) 双直角弯波导形太赫兹波偏振分束器
Tu et al. Design of a 94 GHz millimeter-wave four-way power combiner based on circular waveguide structure
CN102928927B (zh) 多边形液晶池结构的太赫兹波偏振分束器
Peng et al. Research of the oscillation start-up time in an extended interaction oscillator driven by a pseudospark-sourced sheet electron beam
Barik et al. Ultracompact SIRC-Based Self-Triplexing Antenna with High Isolation
CN105870551A (zh) 基于多种介质柱的太赫兹波滤波器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant