CN108983353B - 可变多通道太赫兹波功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变多通道太赫兹波功分器，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、第一信号输入端、第二信号输入端、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、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、第五光子晶体谐振环，控制信号输入端、两个信号输入端和四个信号输出端之间有六个分支波导，当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，实现可变多通道太赫兹波功分器。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

可变多通道太赫兹波功分器
技术领域
本发明涉及功分器，尤其涉及一种可变多通道太赫兹波功分器。
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重合；而在光谱学领域，它的频段也与远红外射线重合。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，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"。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。
太赫兹波功分器是一类重要的太赫兹波功能器件，近年来太赫兹波功分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分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分器意义重大。
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、可变多通道太赫兹波功分器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种可变多通道太赫兹波功分器包括二维周期排列的小介质柱光子晶体及位于小介质柱光子晶体之间的第一控制信号输入端、第一信号输入端、第二信号输入端、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、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、第五光子晶体谐振环，可变多通道太赫兹波功分器左端从上到下顺次设有第一控制信号输入端和第一信号输入端，可变多通道太赫兹波功分器右端从上到下顺次设有第二信号输出端、第二信号输入端、第四信号输出端，可变多通道太赫兹波功分器上端设有第一信号输出端，可变多通道太赫兹波功分器下端设有第三信号输出端，第一光子晶体谐振环位于可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导的上侧，第二光子晶体谐振环位于可变多通道太赫兹波功分器右上侧分支波导的左侧，第三光子晶体谐振环和第四光子晶体谐振环位于可变多通道太赫兹波功分器右中侧分支波导的左侧，第五光子晶体谐振环位于可变多通道太赫兹波功分器右下侧分支波导的左侧，第一控制信号输入端通过可变多通道太赫兹波功分器左上侧分支波导与第一信号输出端相连接，第一控制信号输入端通过可变多通道太赫兹波功分器左上侧分支波导和右上侧分支波导分别与第二信号输出端、第二光子晶体谐振环相连接，第一信号输入端通过可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导与第一光子晶体谐振环相连接，第一信号输入端通过可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导和左下侧分支波导与第三信号输出端相连接，第一信号输入端通过可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导、左下侧分支波导和右下侧分支波导分别与第四信号输出端、第五光子晶体谐振环相连接，第二信号输入端通过可变多通道太赫兹波功分器右中侧分支波导与第三光子晶体谐振环、第四光子晶体谐振环相连接。第一控制信号输入端持续输入控制信号，当第一信号输入端和第二信号输入端无太赫兹波信号输入时，第一控制信号输入端输入的控制信号从第一信号输出端和第二信号输出端输出，当第一信号输入端有太赫兹波信号输入，第二信号输入端无太赫兹波信号输入时，第一信号输入端输入的信号从第三信号输出端和第四信号输出端输出，当第一信号输入端无太赫兹波信号输入，第二信号输入端有太赫兹波信号输入时，信号从第一信号输出端和第二信号输出端输出，当第一信号输入端和第二信号输入端均有太赫兹波信号输入时，信号从第一信号输出端、第二信号输出端和第三信号输出端输出，从而实现可变多通道太赫兹波功分器功能。
所述的小介质柱光子晶体沿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，小介质柱光子晶体半径为20~22μm，小介质柱圆光子晶体心之间的距离为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、第五光子晶体谐振环形状结构相同，均由一个大介质柱光子晶体和围绕大介质柱光子晶体的八个小介质柱光子晶体组成，小介质柱光子晶体半径为20~22μm，大介质柱光子晶体半径为75~77μm。
本发明的可变多通道太赫兹波功分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是可变多通道太赫兹波功分器的二维结构示意图；
图2是可变多通道太赫兹波功分器第一控制信号输入端输入太赫兹波频率为1.0THz，第一信号输入端和第二信号输入端均未输入太赫兹波信号时，太赫兹波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是可变多通道太赫兹波功分器第一控制信号输入端和第一信号输入端输入太赫兹波频率为1.0THz，第二信号输入端未输入太赫兹波信号时，太赫兹波信号从第三信号输出端和第四信号输出端输出的稳态电场分布；
图4是可变多通道太赫兹波功分器第一信号输入端未输入太赫兹波信号，第一控制信号输入端和第二信号输入端输入太赫兹波频率为1.0THz时，太赫兹波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5是可变多通道太赫兹波功分器第一控制信号输入端、第一信号输入端和第二信号输入端输入太赫兹波频率为1.0THz时，太赫兹波信号从第一信号输出端、第二信号输出端和第三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，一种可变多通道太赫兹波功分器包括二维周期排列的小介质柱光子晶体13及位于小介质柱光子晶体13之间的第一控制信号输入端1、第一信号输入端2、第二信号输入端3、第一信号输出端4、第二信号输出端5、第三信号输出端6、第四信号输出端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、第五光子晶体谐振环12，可变多通道太赫兹波功分器左端从上到下顺次设有第一控制信号输入端1和第一信号输入端2，可变多通道太赫兹波功分器右端从上到下顺次设有第二信号输出端5、第二信号输入端3、第四信号输出端7，可变多通道太赫兹波功分器上端设有第一信号输出端4，可变多通道太赫兹波功分器下端设有第三信号输出端6，第一光子晶体谐振环8位于可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导的上侧，第二光子晶体谐振环9位于可变多通道太赫兹波功分器右上侧分支波导的左侧，第三光子晶体谐振环10和第四光子晶体谐振环11位于可变多通道太赫兹波功分器右中侧分支波导的左侧，第五光子晶体谐振环12位于可变多通道太赫兹波功分器右下侧分支波导的左侧，第一控制信号输入端1通过可变多通道太赫兹波功分器左上侧分支波导与第一信号输出端4相连接，第一控制信号输入端1通过可变多通道太赫兹波功分器左上侧分支波导和右上侧分支波导分别与第二信号输出端5、第二光子晶体谐振环9相连接，第一信号输入端2通过可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导与第一光子晶体谐振环8相连接，第一信号输入端2通过可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导和左下侧分支波导与第三信号输出端6相连接，第一信号输入端2通过可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导、左下侧分支波导和右下侧分支波导分别与第四信号输出端7、第五光子晶体谐振环12相连接，第二信号输入端3通过可变多通道太赫兹波功分器右中侧分支波导与第三光子晶体谐振环10、第四光子晶体谐振环11相连接。第一控制信号输入端1持续输入控制信号，当第一信号输入端2和第二信号输入端3无太赫兹波信号输入时，第一控制信号输入端1输入的控制信号从第一信号输出端4和第二信号输出端5输出，当第一信号输入端2有太赫兹波信号输入，第二信号输入端3无太赫兹波信号输入时，第一信号输入端2输入的信号从第三信号输出端6和第四信号输出端7输出，当第一信号输入端2无太赫兹波信号输入，第二信号输入端3有太赫兹波信号输入时，信号从第一信号输出端4和第二信号输出端5输出，当第一信号输入端2和第二信号输入端3均有太赫兹波信号输入时，信号从第一信号输出端4、第二信号输出端5和第三信号输出端6输出，从而实现可变多通道太赫兹波功分器功能。
所述的小介质柱光子晶体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，小介质柱光子晶体13半径为20~22μm，小介质柱光子晶体13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、第五光子晶体谐振环12形状结构相同，均由一个大介质柱光子晶体14和围绕大介质柱光子晶体14的八个小介质柱光子晶体13组成，小介质柱光子晶体13半径为20~22μm，大介质柱光子晶体14半径为75~77μm。
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，小介质柱光子晶体半径为20μm，小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、第五光子晶体谐振环形状结构相同，均由一个大介质柱光子晶体和围绕大介质柱光子晶体的八个小介质柱光子晶体组成，小介质柱光子晶体半径为20μm，大介质柱光子晶体半径为75μm。可变多通道太赫兹波功分器第一控制信号输入端持续输入频率为1.0THz的控制信号，功分器第一信号输入端和第二信号输入端无太赫兹波信号输入时，第一控制信号输入端输入的控制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。功分器第一信号输入端输入频率为1.0THz的太赫兹波信号，第二信号输入端无太赫兹波信号输入时，第一信号输入端输入的信号从第三信号输出端和第四信号输出端输出的稳态电场分布如图3所示。功分器第一信号输入端无太赫兹波信号输入，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4所示。功分器第一信号输入端和第二信号输入端均输入频率为1.0THz的太赫兹波信号时，信号从第一信号输出端、第二信号输出端和第三信号输出端输出的稳态电场分布如图5所示。

Claims (3)

1.一种可变多通道太赫兹波功分器，其特征在于包括二维周期排列的小介质柱光子晶体（13）及位于小介质柱光子晶体（13）之间的第一控制信号输入端（1）、第一信号输入端（2）、第二信号输入端（3）、第一信号输出端（4）、第二信号输出端（5）、第三信号输出端（6）、第四信号输出端（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）、第五光子晶体谐振环（12），可变多通道太赫兹波功分器左端从上到下顺次设有第一控制信号输入端（1）和第一信号输入端（2），可变多通道太赫兹波功分器右端从上到下顺次设有第二信号输出端（5）、第二信号输入端（3）、第四信号输出端（7），可变多通道太赫兹波功分器上端设有第一信号输出端（4），可变多通道太赫兹波功分器下端设有第三信号输出端（6），第一光子晶体谐振环（8）位于可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导的上侧，第二光子晶体谐振环（9）位于可变多通道太赫兹波功分器右上侧分支波导的左侧，第三光子晶体谐振环（10）和第四光子晶体谐振环（11）位于可变多通道太赫兹波功分器右中侧分支波导的左侧，第五光子晶体谐振环（12）位于可变多通道太赫兹波功分器右下侧分支波导的左侧，第一控制信号输入端（1）通过可变多通道太赫兹波功分器左上侧分支波导与第一信号输出端（4）相连接，第一控制信号输入端（1）通过可变多通道太赫兹波功分器左上侧分支波导和右上侧分支波导分别与第二信号输出端（5）、第二光子晶体谐振环（9）相连接，第一信号输入端（2）通过可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导与第一光子晶体谐振环（8）相连接，第一信号输入端（2）通过可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导和左下侧分支波导与第三信号输出端（6）相连接，第一信号输入端（2）通过可变多通道太赫兹波功分器左中侧分支波导、左下侧分支波导和右下侧分支波导分别与第四信号输出端（7）、第五光子晶体谐振环（12）相连接，第二信号输入端（3）通过可变多通道太赫兹波功分器右中侧分支波导与第三光子晶体谐振环（10）、第四光子晶体谐振环（11）相连接；第一控制信号输入端（1）持续输入控制信号，当第一信号输入端（2）和第二信号输入端（3）无太赫兹波信号输入时，第一控制信号输入端（1）输入的控制信号从第一信号输出端（4）和第二信号输出端（5）输出，当第一信号输入端（2）有太赫兹波信号输入，第二信号输入端（3）无太赫兹波信号输入时，第一信号输入端（2）输入的信号从第三信号输出端（6）和第四信号输出端（7）输出，当第一信号输入端（2）无太赫兹波信号输入，第二信号输入端（3）有太赫兹波信号输入时，信号从第一信号输出端（4）和第二信号输出端（5）输出，当第一信号输入端（2）和第二信号输入端（3）均有太赫兹波信号输入时，信号从第一信号输出端（4）、第二信号输出端（5）和第三信号输出端（6）输出，从而实现可变多通道太赫兹波功分器功能。
2.根据权利要求1所述的一种可变多通道太赫兹波功分器，其特征在于所述的小介质柱光子晶体（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，小介质柱光子晶体（13）半径为20~22μm，小介质柱光子晶体（13）圆心之间的距离为100~102μm。
3.根据权利要求1所述的一种可变多通道太赫兹波功分器，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）、第五光子晶体谐振环（12）形状结构相同，均由一个大介质柱光子晶体（14）和围绕大介质柱光子晶体（14）的八个小介质柱光子晶体（13）组成，小介质柱光子晶体（13）半径为20~22μm，大介质柱光子晶体（14）半径为75~77μm。
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