CN110416678B - 一种非金属波导透镜阵列和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种非金属波导透镜阵列和制造方法，所述非金属波导透镜阵列包括至少两个波导，所述波导呈阵列结构排布，所述波导包括管状的非金属壁，非金属壁内均设置有柱状的非金属芯，非金属壁与非金属芯之间连接有内连接臂，每个所述波导均与其之前和之后的所述波导之间连接有外连接臂，其对单位面积上的电场强度进行了汇聚，能够在避免金属材质对电场的吸收反射等影响的情况下，提高电场强度的探测灵敏度。

Description

一种非金属波导透镜阵列和制造方法
技术领域
本申请涉及波导技术领域，尤其涉及一种非金属波导透镜阵列和制造方法。
背景技术
目前，随着量子技术的发展，国际上开始使用量子技术实现电磁场强的精确测量方法研究。与偶极子/检波二极管探头、集成光波导LiNbO3电场传感器等传统场强测量方式相比，量子场强传感器的场强测量原理是基于外加电磁场与碱金属原子能级跃迁的关系，在原理上可以实现不同频段、不同强度的电磁场强度测量，而且可以通过场强的测量形成电场成像技术，在未来电场测量和电场成像方面有着重要的影响前途。文献“Atom-BasedRF Field Probe:From Self-Calibrated Measurements to Sub-Wavelength Imaging”Proceedings of the15th IEEE International Conference on Nanotechnology,2015.“Broadband Rydberg atom-based electric-field probe for SI-traceable,self-calibrated measurements,”IEEE Trans.on Antenna and Propagation,62,no.12,6169-6182,2014等采用了基于里德堡原子的量子场强探测技术，并大幅提升了电场强度的测量精度和测量范围。在这一新技术的测量方法中，现有技术中多采用电场直接辐射碱金属气室的方法，对于较小的电场(uV或nV量级)则会影响探测的精确度。出射端和入射端单位面积上的电场强度比为：κ＝S21+20log(σ出/σ入)，S21为波导的S参数，σ出、σ入分别为出射和入射的环形面积，通过设计可以使κ远大于1。为此，需要一种非金属波导透镜阵列和制造方法，在避免金属材质对电场的吸收反射等影响的情况下，提高电场强度的探测灵敏度。
发明内容
本申请提出一种能够在避免金属材质对电场的吸收反射等影响的情况下，提高电场强度的探测灵敏度的非金属波导透镜阵列和制造方法。
本申请提供一种非金属波导透镜阵列，包括至少两个波导，所述波导呈阵列结构排布，所述波导包括管状的非金属壁，非金属壁内均设置有柱状的非金属芯，非金属壁与非金属芯之间连接有内连接臂，每个所述波导均与其之前和之后的所述波导之间连接有外连接臂。
本申请的非金属波导透镜阵列的制造方法，包括如下步骤，
根据设定的电磁场的中心频率和带宽，确定所述波导的数量和每个所述波导的非金属壁与非金属芯的几何参数；
将非金属壁与非金属芯之间通过内连接臂连接；
将每个所述波导与其之前和之后的所述波导之间通过外连接臂连接。
本申请的非金属波导透镜阵列和制造方法，能够达到以下有益效果：
本申请的非金属波导透镜阵列和制造方法，对单位面积上的电场强度进行了汇聚，能够在避免金属材质对电场的吸收反射等影响的情况下，提高电场强度的探测灵敏度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的非金属波导透镜阵列的横向剖视图。
图2为本申请的非金属波导透镜阵列的纵向剖视图。
图中，1为非金属壁，2为非金属芯，3为内连接臂，4为外连接臂。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
实施例
一种非金属波导透镜阵列，包括至少两个波导，参见图1，所述波导呈阵列结构排布，所述波导包括管状的非金属壁1，参见图2，非金属壁1内均设置有柱状的非金属芯2，非金属壁1与非金属芯2之间连接有内连接臂3，每个所述波导均与其之前和之后的所述波导之间连接有外连接臂4。
本实施例的非金属波导透镜阵列的制造方法，包括如下步骤，
根据设定的电磁场的中心频率和带宽，确定所述波导的数量和每个所述波导的非金属壁1与非金属芯2的几何参数；
将所述波导呈阵列结构排布；
将非金属壁1与非金属芯2之间通过内连接臂3连接；
将每个所述波导与其之前和之后的所述波导之间通过外连接臂4连接。
本实施例的非金属波导透镜阵列还可以进一步地，所述波导呈矩形阵列结构排布。
本实施例的非金属波导透镜阵列还可以进一步地，所述波导的矩形阵列结构通过外连接臂4连接成环形结构。
本实施例的非金属波导透镜阵列还可以进一步地，非金属壁1和非金属芯2的材料可以为硅、二氧化硅或陶瓷。
本实施例的非金属波导透镜阵列还可以进一步地，非金属壁1、非金属芯2和内连接臂3通过光刻和刻蚀构成一体成形结构，且所述波导和外连接臂4通过光刻和刻蚀构成一体成形结构。
本实施例的非金属波导透镜阵列还可以进一步地，非金属壁1、非金属芯2和内连接臂3通过激光加工构成一体成形结构，且所述波导和外连接臂4通过激光加工构成一体成形结构。
本实施例的非金属波导透镜阵列的制造方法还可以进一步地，将所述波导呈矩形阵列结构排布，且将所述波导的矩形阵列结构通过外连接臂4连接成环形结构。
本实施例的非金属波导透镜阵列的制造方法还可以进一步地，将非金属壁1、非金属芯2和内连接臂3通过光刻和刻蚀构成一体成形结构，且所述波导和外连接臂4通过光刻和刻蚀构成一体成形结构；
将非金属壁1、非金属芯2和内连接臂3通过激光加工构成一体成形结构，且所述波导和外连接臂4通过激光加工构成一体成形结构。
本实施例的非金属波导透镜阵列的制造方法还可以进一步地，所述几何参数包括非金属壁1与非金属芯2上端内径、下端内径和长度，及非金属壁1的壁厚。
本实施例的非金属波导透镜阵列，所述波导的数量可以为2N个，第1到第N个所述波导构成一排，即如图1所示的第1-1个波导到第1-N个波导，第N+1到第2N个所述波导构成另一排，即如图1所示的第2-1个波导到第2-N个波导。
本实施例的非金属波导透镜阵列和制造方法，非金属壁1可以为倒圆锥形管，非金属芯2可以为倒圆锥形柱体，非金属芯2可以同心地设置在非金属壁1内，非金属壁1和非金属芯2的上端面和下端面可以分别位于同一个水平面内，内连接臂3及外连接臂4可以为水平板或水平杆，内连接臂3的数量可以为至少两个，且均匀分布，内连接臂3连接在每个所述波导的非金属壁1和非金属芯2之间，每个所述波导的非金属壁1和非金属芯2的上端和下端之间可以分别连接有两个以上的均匀分布的内连接臂3，且上部的内连接臂3的上表面可以与非金属壁1和非金属芯2的上端面位于同一个水平面内，下部内连接臂3的下表面可以与非金属壁1和非金属芯2的下端面位于同一个水平面内。每个所述波导的非金属壁1和非金属芯2的上端面和下端面可以分别位于同一个水平面内，外连接臂4的数量可以为至少两个，且均匀分布，外连接臂4连接在每两个先后相邻的所述波导的非金属壁1之间，每两个先后相邻的所述波导的非金属壁1的上端和下端之间可以分别连接有两个以上的均匀分布的外连接臂4，且上部的外连接臂4的上表面可以与每两个先后相邻的所述波导的非金属壁1的上端面位于同一个水平面内，下部外连接臂4的下表面可以与每两个先后相邻的所述波导的非金属壁1的下端面位于同一个水平面内。每两个先后相邻的所述波导的非金属壁1的上端内径和下端内径均可以依次增大，该增大模式可以为线性增大。每两个先后相邻的所述波导的几何参数不同，以覆盖较高的频段。当微波经过本实施例的非金属波导透镜阵列后，单位面积上的电场强度可以获得增强，即对单位面积上的电场强度进行了汇聚，在避免金属材质对电场的吸收反射等影响的情况下，提高了电场强度的探测灵敏度，本实施例的非金属波导透镜阵列能够用于超大带宽的电场精确测量和电场成像，以避免金属材质对电场的影响。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种非金属波导透镜阵列，包括至少两个波导，其特征在于，所述波导呈阵列结构排布，所述波导包括管状的非金属壁(1)，非金属壁(1)内均设置有柱状的非金属芯(2)，非金属壁(1)与非金属芯(2)之间连接有内连接臂(3)，每个所述波导均与其之前和之后的所述波导之间连接有外连接臂(4)；所述波导的矩形阵列结构通过外连接臂(4)连接成环形结构；每两个先后相邻的所述波导的非金属壁(1)的上端内径和下端内径均线性增大。
2.如权利要求1所述的非金属波导透镜阵列，其特征在于，所述波导呈矩形阵列结构排布。
3.如权利要求1所述的非金属波导透镜阵列，其特征在于，非金属壁(1)和非金属芯(2)的材料可以为硅、二氧化硅或陶瓷。
4.如权利要求1所述的非金属波导透镜阵列，其特征在于，非金属壁(1)、非金属芯(2)和内连接臂(3)通过光刻和刻蚀构成一体成形结构，且所述波导和外连接臂(4)通过光刻和刻蚀构成一体成形结构。
5.如权利要求1所述的非金属波导透镜阵列，其特征在于，非金属壁(1)、非金属芯(2)和内连接臂(3)通过激光加工构成一体成形结构，且所述波导和外连接臂(4)通过激光加工构成一体成形结构。
6.如权利要求1-5中任一项所述的非金属波导透镜阵列的制造方法，其特征在于，包括如下步骤，
根据设定的电磁场的中心频率和带宽，确定所述波导的数量和每个所述波导的非金属壁(1)与非金属芯(2)的几何参数；
将所述波导呈阵列结构排布；
将非金属壁(1)与非金属芯(2)之间通过内连接臂(3)连接；
将每个所述波导与其之前和之后的所述波导之间通过外连接臂(4)连接。
7.如权利要求6所述的非金属波导透镜阵列的制造方法，其特征在于，
将所述波导呈矩形阵列结构排布，且将所述波导的矩形阵列结构通过外连接臂(4)连接成环形结构。
8.如权利要求7所述的非金属波导透镜阵列的制造方法，其特征在于，
将非金属壁(1)、非金属芯(2)和内连接臂(3)通过光刻和刻蚀构成一体成形结构，且所述波导和外连接臂(4)通过光刻和刻蚀构成一体成形结构；
将非金属壁(1)、非金属芯(2)和内连接臂(3)通过激光加工构成一体成形结构，且所述波导和外连接臂(4)通过激光加工构成一体成形结构。
9.如权利要求6所述的非金属波导透镜阵列的制造方法，其特征在于，
所述几何参数包括非金属壁(1)与非金属芯(2)上端内径、下端内径和长度，及非金属壁(1)的壁厚。
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