CN108761638B - 多输出端口太赫兹波功率分配器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多输出端口太赫兹波功率分配器，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控制信号输入端、第二控制信号输入端、第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、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、第四光子晶体谐振环，当两个控制信号输入端持续输入控制信号时，通过选择从不同信号输入端输入太赫兹波信号，从而控制太赫兹波从不同的信号输出端输出，实现多输出端口太赫兹波功率分配器。本发明具有结构简单、可控、尺寸小、成本低、易于集成等优点。

Description

多输出端口太赫兹波功率分配器
技术领域
本发明涉及功率分配器，尤其涉及一种多输出端口太赫兹波功率分配器。
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0.1~10THz左右，在电子学领域里，这一频段的电磁波与毫米波和亚毫米波相重合；而在光谱学领域，它的频段与远红外射线相重合。长期以来，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，与发展已相当成熟的微波技术和光学技术相比较，太赫兹技术及相关应用研究进展非常缓慢，这使得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"。近年来随着太赫兹辐射源和探测技术的突破，太赫兹波独有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。
太赫兹波功率分配器是一类重要的太赫兹波功能器件，近年来太赫兹波功率分配器已成为国内外研究的热点和难点。然而现有的太赫兹波功率分配器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功率分配器意义重大。
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、可控的多输出端口太赫兹波功率分配器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种多输出端口太赫兹波功率分配器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控制信号输入端、第二控制信号输入端、第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、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、第四光子晶体谐振环；多输出端口太赫兹波功率分配器左端从上到下顺次设有第一控制信号输入端、第一信号输入端，多输出端口太赫兹波功率分配器右端设有第二控制信号输入端，多输出端口太赫兹波功率分配器上端从左到右顺次设有第一信号输出端、第二信号输入端、第三信号输入端，多输出端口太赫兹波功率分配器下端设有第二信号输出端，第一控制信号输入端下方设有第一光子晶体谐振环，第一信号输出端右方设有第二光子晶体谐振环，第二控制信号输入端上方设有第三光子晶体谐振环，第二信号输出端左方设有第四光子晶体谐振环，第一控制信号输入端通过单模波导和第一信号输出端相连接，第二控制信号输入端通过单模波导和第二信号输出端相连接，第一信号输入端通过分支波导分别和第一光子晶体谐振环、第四光子晶体谐振环相连接，第二信号输入端通过单模波导和第二光子晶体谐振环相连接，第三信号输入端通过单模波导和第三光子晶体谐振环相连接，当第一控制信号输入端和第二控制信号输入端持续输入控制信号时，通过选择从不同信号输入端输入太赫兹波信号，从而控制太赫兹波从不同的信号输出端输出，实现多输出端口太赫兹波功率分配器。
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3.42，介质柱光子晶体半径为20~22μm，介质柱圆心之间的距离为100~102μm。所述的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、第四光子晶体谐振环形状结构相同，均由四个大介质柱光子晶体沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，大介质柱光子晶体半径为25~27μm，大介质柱圆心之间的距离为100~102μm。
本发明的多输出端口太赫兹波功率分配器具有结构简单紧凑，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是多输出端口太赫兹波功率分配器的二维结构示意图；
图2是多输出端口太赫兹波功率分配器第一控制信号输入端、第二控制信号输入端输入频率为1.0THz的太赫兹波信号，第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端均未输入太赫兹波信号时，信号从第一信号输出端和第二信号输出端输出的稳态电场分布；
图3是多输出端口太赫兹波功率分配器第一控制信号输入端、第二控制信号输入端、第一信号输入端输入频率为1.0THz的太赫兹波信号时，信号未从第一信号输出端、第二信号输出端输出的稳态电场分布；
图4是多输出端口太赫兹波功率分配器第一控制信号输入端、第二控制信号输入端、第二信号输入端输入频率为1.0THz的太赫兹波信号时，信号从第二信号输出端输出的稳态电场分布；
图5是多输出端口太赫兹波功率分配器第一控制信号输入端、第二控制信号输入端、第三信号输入端输入频率为1.0THz的太赫兹波信号时，信号从第一信号输出端输出的稳态电场分布。
具体实施方式
如图1所示，一种多输出端口太赫兹波功率分配器包括二维周期排列的介质柱光子晶体13及位于介质柱光子晶体13之间的第一控制信号输入端1、第二控制信号输入端2、第一信号输入端3、第二信号输入端4、第三信号输入端5、第一信号输出端6、第二信号输出端7、第一光子晶体谐振环8、第二光子晶体谐振环9、第三光子晶体谐振环10、第四光子晶体谐振环11；多输出端口太赫兹波功率分配器左端从上到下顺次设有第一控制信号输入端1、第一信号输入端3，多输出端口太赫兹波功率分配器右端设有第二控制信号输入端2，多输出端口太赫兹波功率分配器上端从左到右顺次设有第一信号输出端6、第二信号输入端4、第三信号输入端5，多输出端口太赫兹波功率分配器下端设有第二信号输出端7，第一控制信号输入端1下方设有第一光子晶体谐振环8，第一信号输出端6右方设有第二光子晶体谐振环9，第二控制信号输入端2上方设有第三光子晶体谐振环10，第二信号输出端7左方设有第四光子晶体谐振环11，第一控制信号输入端1通过单模波导和第一信号输出端6相连接，第二控制信号输入端2通过单模波导和第二信号输出端7相连接，第一信号输入端3通过分支波导分别和第一光子晶体谐振环8、第四光子晶体谐振环11相连接，第二信号输入端4通过单模波导和第二光子晶体谐振环9相连接，第三信号输入端5通过单模波导和第三光子晶体谐振环10相连接，当第一控制信号输入端1和第二控制信号输入端2持续输入控制信号时，通过选择从不同信号输入端输入太赫兹波信号，从而控制太赫兹波从不同的信号输出端输出，实现多输出端口太赫兹波功率分配器。
所述的介质柱光子晶体13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3.42，介质柱光子晶体13半径为20~22μm，介质柱圆心之间的距离为100~102μm。所述的第一光子晶体谐振环8、第二光子晶体谐振环9、第三光子晶体谐振环10、第四光子晶体谐振环11形状结构相同，均由四个大介质柱光子晶体12沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，大介质柱光子晶体12半径为25~27μm，大介质柱圆心之间的距离为100~102μm。
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3.42，介质柱光子晶体半径为20μm，介质柱圆心之间的距离为100μm。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、第四光子晶体谐振环形状结构相同，均由四个大介质柱光子晶体沿X-Z平面呈正方周期性分布组成，大介质柱光子晶体半径为25μm，大介质柱圆心之间的距离为100μm。多输出端口太赫兹波功率分配器第一控制信号输入端和第二控制信号输入端持续输入频率为1.0THz的控制信号，第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端均未输入太赫兹波信号时，信号从第一信号输出端和第二信号输出端输出的稳态电场分布如图2所示。多输出端口太赫兹波功率分配器第一信号输入端输入频率为1.0THz的太赫兹波信号时，信号未从第一信号输出端、第二信号输出端输出的稳态电场分布如图3所示。多输出端口太赫兹波功率分配器第二信号输入端输入频率为1.0THz的太赫兹波信号时，信号从第二信号输出端输出的稳态电场分布如图4所示。多输出端口太赫兹波功率分配器第三信号输入端输入频率为1.0THz的太赫兹波信号时，信号从第一信号输出端输出的稳态电场分布如图5所示。

Claims (3)

1.一种多输出端口太赫兹波功率分配器，其特征在于包括二维周期排列的介质柱光子晶体（13）及位于介质柱光子晶体（13）之间的第一控制信号输入端（1）、第二控制信号输入端（2）、第一信号输入端（3）、第二信号输入端（4）、第三信号输入端（5）、第一信号输出端（6）、第二信号输出端（7）、第一光子晶体谐振环（8）、第二光子晶体谐振环（9）、第三光子晶体谐振环（10）、第四光子晶体谐振环（11）；多输出端口太赫兹波功率分配器左端从上到下顺次设有第一控制信号输入端（1）、第一信号输入端（3），多输出端口太赫兹波功率分配器右端设有第二控制信号输入端（2），多输出端口太赫兹波功率分配器上端从左到右顺次设有第一信号输出端（6）、第二信号输入端（4）、第三信号输入端（5），多输出端口太赫兹波功率分配器下端设有第二信号输出端（7），第一控制信号输入端（1）下方设有第一光子晶体谐振环（8），第一信号输出端（6）右方设有第二光子晶体谐振环（9），第二控制信号输入端（2）上方设有第三光子晶体谐振环（10），第二信号输出端（7）左方设有第四光子晶体谐振环（11），第一控制信号输入端（1）通过单模波导和第一信号输出端（6）相连接，第二控制信号输入端（2）通过单模波导和第二信号输出端（7）相连接，第一信号输入端（3）通过分支波导分别和第一光子晶体谐振环（8）、第四光子晶体谐振环（11）相连接，第二信号输入端（4）通过单模波导和第二光子晶体谐振环（9）相连接，第三信号输入端（5）通过单模波导和第三光子晶体谐振环（10）相连接，当第一控制信号输入端（1）和第二控制信号输入端（2）持续输入控制信号时，通过选择从不同信号输入端输入太赫兹波信号，从而控制太赫兹波从不同的信号输出端输出，实现多输出端口太赫兹波功率分配器。
2.根据权利要求1所述的一种多输出端口太赫兹波功率分配器，其特征在于所述的介质柱光子晶体（13）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3.42，介质柱光子晶体（13）半径为20~22μm，介质柱圆心之间的距离为100~102μm。
3.根据权利要求1所述的一种多输出端口太赫兹波功率分配器，其特征在于所述的第一光子晶体谐振环（8）、第二光子晶体谐振环（9）、第三光子晶体谐振环（10）、第四光子晶体谐振环（11）形状结构相同，均由四个大介质柱光子晶体（12）沿X-Z平面呈正方形结构分布组成，大介质柱光子晶体（12）半径为25~27μm，大介质柱圆心之间的距离为100~102μm。
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