CN204925441U - 可调频率太赫兹分路器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可调频率太赫兹分路器，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、第一单模波导、第二单模波导、第三单模波导、第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列，输入三个不同频率的太赫兹波，经过波导耦合作用从三个信号输出端分别分离输出，此外，通过施加外加磁场改变镥铋石榴石介质柱阵列的折射率，从而控制输入的太赫兹波变换输出通道输出。本实用新型具有结构简单、可调、性能高，尺寸小，成本低、易于集成等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及分束器，尤其涉及一种可调频率太赫兹分路器。
背景技术
太赫兹波谱位于微波和红外辐射之间。在电子学领域，这一频段的电磁波又被称为毫米波和亚毫米波；而在光谱学领域，它也被称为远红外辐射。一般所谓的太赫兹波段，其频率范围为0.1～10THz。在20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的THz辐射产生方法和检测方法，人们对该波段的特性知之甚少，以至于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。THz波介于微波与远红外光之间，它集成了微波通信与光通信的优点，相比较于微波通信而言：THz通信传输的容量大，可提供高达10Gb/s的无线传输速率，比当前的超宽带技术快几百甚至上千倍；THz波束更窄，方向性更好，可以探测更小的目标以及更精确地定位；THz波具有更好的保密性及抗干扰能力。相比较于光通信而言：THz波具有很好的穿透沙尘烟雾的能力，因此可以在大风沙尘以及浓烟等恶劣环境下进行正常通信工作，特别适合局域网的宽带移动通讯。目前，国际上关于太赫兹波的研究机构大量涌现，并取得了很多研究成果，太赫兹技术仍将是未来很长一段时间世界范围内广泛研究的热点。
太赫兹波分路器是一类重要的太赫兹波功能器件，近年来太赫兹波分路器已成为国内外研究的热点和难点。然而现有的太赫兹波分路器大都存在着结构复杂、功分效率低、成本高等诸多缺点，所以研究结构简单、分路效率高、成本低、尺寸小，具有可调性能的太赫兹波分路器意义重大。
发明内容
本实用新型提供一种可调频率太赫兹分路器，技术方案如下：
一种可调频率太赫兹分路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、第一单模波导、第二单模波导、第三单模波导、第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列，输入三个不同频率的太赫兹波，经过波导耦合作用从三个信号输出端分别分离输出，此外，通过施加外加磁场改变第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列的折射率，改变镥铋石榴石介质柱阵列对不同频率的太赫兹波的耦合性能，从而实现原本从第一信号输出端输出的特定频率的太赫兹波从第三信号输出端输出，而原本从第三信号输出端输出的特定频率的太赫兹波从第一信号输出端输出。
所述的二维周期排列的介质柱光子晶体是沿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3.4，半径为18～20μm，周期为100～102μm。所述的第一镥铋石榴石介质柱阵列由二十七个镥铋石榴石介质柱组成，每个镥铋石榴石介质柱半径均为18～20μm，其折射率会随外加磁场强度的改变而变化，当无外加磁场时，其折射率为2.2，当外加磁场强度为20.51T时，其折射率将提升至2.32，当外加磁场强度为19.16T时，其折射率将提升至3.16。所述的第二镥铋石榴石介质柱阵列由六个镥铋石榴石介质柱组成，每个镥铋石榴石介质柱半径均为18～20μm，其折射率会随外加磁场强度的改变而变化，当无外加磁场时，其折射率为2.2，当外加磁场强度为20.51T时，其折射率将提升至2.32，当外加磁场强度为19.16T时，其折射率将提升至3.16。所述的第一单模波导、第二单模波导、第三单模波导均为在二维光子晶体中去除一排介质柱所获得的。
本实用新型具有结构简单、可调、性能高，尺寸小，成本低、易于集成等优点。
附图说明
图1是可调频率太赫兹分路器的二维结构示意图；
图2是可调频率太赫兹分路器输入太赫兹波频率为0.528THz时，未对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加外加磁场时的分路器稳态电场分布图；
图3是可调频率太赫兹分路器输入太赫兹波频率为0.663THz时，未对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加外加磁场时的分路器稳态电场分布图；
图4是可调频率太赫兹分路器输入太赫兹波频率为0.612THz时，未对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加外加磁场时的分路器稳态电场分布图；
图5是可调频率太赫兹分路器输入太赫兹波频率为0.612THz时，对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加磁场强度为20.51T的外加磁场时的分路器稳态电场分布图；
图6是可调频率太赫兹分路器输入太赫兹波频率为0.528THz时，对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加磁场强度为19.16T的外加磁场时的分路器稳态电场分布图；
图7是未对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加外加磁场时第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端输出功率曲线；
图8是对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加磁场强度为20.51T的外加磁场时的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端输出功率曲线；
图9是对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加磁场强度为19.16T的外加磁场时的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端输出功率曲线；
具体实施方式
如图1所示，一种可调频率太赫兹分路器包括二维周期排列的介质柱光子晶体10及位于介质柱光子晶体10之间的信号输入端1、第一信号输出端2、第二信号输出端3、第三信号输出端4、第一单模波导5、第二单模波导6、第三单模波导7、第一镥铋石榴石介质柱阵列8、第二镥铋石榴石介质柱阵列9，输入三个不同频率的太赫兹波，经过波导耦合作用从三个信号输出端分别分离输出，此外，通过施加外加磁场改变第一镥铋石榴石介质柱阵列8、第二镥铋石榴石介质柱阵列9的折射率，改变镥铋石榴石介质柱阵列对不同频率的太赫兹波的耦合性能，从而实现原本从第一信号输出端2输出的特定频率的太赫兹波从第三信号输出端4输出，而原本从第三信号输出端4输出的特定频率的太赫兹波从第一信号输出端2输出。
所述的二维周期排列的介质柱光子晶体10是沿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3.4，半径为18～20μm，周期为100～102μm。所述的第一镥铋石榴石介质柱阵列8由二十七个镥铋石榴石介质柱组成，每个镥铋石榴石介质柱半径均为18～20μm，其折射率会随外加磁场强度的改变而变化，当无外加磁场时，其折射率为2.2，当外加磁场强度为20.51T时，其折射率将提升至2.32，当外加磁场强度为19.16T时，其折射率将提升至3.16。所述的第二镥铋石榴石介质柱阵列9由六个镥铋石榴石介质柱组成，每个镥铋石榴石介质柱半径均为18～20μm，其折射率会随外加磁场强度的改变而变化，当无外加磁场时，其折射率为2.2，当外加磁场强度为20.51T时，其折射率将提升至2.32，当外加磁场强度为19.16T时，其折射率将提升至3.16。所述的第一单模波导5、第二单模波导6、第三单模波导7均为在二维光子晶体中去除一排介质柱所获得的。
实施例1
可调频率太赫兹分路器：
二维周期排列的介质柱光子晶体是沿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3.4，半径为18μm，周期为100μm。第一镥铋石榴石介质柱阵列由二十七个镥铋石榴石介质柱组成，每个镥铋石榴石介质柱半径均为18μm，其折射率会随外加磁场强度的改变而变化，当无外加磁场时，其折射率为2.2，当外加磁场强度为20.51T时，其折射率将提升至2.32，当外加磁场强度为19.16T时，其折射率将提升至3.16。第二镥铋石榴石介质柱阵列由六个镥铋石榴石介质柱组成，每个镥铋石榴石介质柱半径均为18μm，其折射率会随外加磁场强度的改变而变化，当无外加磁场时，其折射率为2.2，当外加磁场强度为20.51T时，其折射率将提升至2.32，当外加磁场强度为19.16T时，其折射率将提升至3.16。第一单模波导、第二单模波导、第三单模波导均为在二维光子晶体中去除一排介质柱所获得的。图7为未对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加外加磁场时第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端输出功率曲线，当可调频率太赫兹分路器的输入太赫兹波频率为0.528THz时，且未对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加外加磁场时的分路器稳态电场分布图如图2所示，由图7可得此时第一信号输出端输出功率为96.2％，当可调频率太赫兹分路器的输入太赫兹波频率为0.663THz时，且未对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加外加磁场时的分路器稳态电场分布图如图3所示，由图7可得此时第二信号输出端输出功率为95.1％，当可调频率太赫兹分路器输入太赫兹波频率为0.612THz时，且未对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加外加磁场时的分路器稳态电场分布图如图4所示，由图7可得此时第三信号输出端输出功率为94.8％，当可调频率太赫兹分路器的输入太赫兹波频率为0.612THz时，对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加磁场强度为20.51T的外加磁场时的分路器稳态电场分布图如图5所示，根据图8可得此时第一信号输出端的输出功率为91.2％，当可调频率太赫兹分路器输入太赫兹波频率为0.528THz时，对第一镥铋石榴石介质柱阵列、第二镥铋石榴石介质柱阵列施加磁场强度为19.16T的外加磁场时的分路器稳态电场分布图如图6所示，根据图9可得此时第三信号输出端的输出功率为95.3％。
Claims (5)
1.一种可调频率太赫兹分路器，其特征在于包括二维周期排列的介质柱光子晶体(10)及位于介质柱光子晶体(10)之间的信号输入端(1)、第一信号输出端(2)、第二信号输出端(3)、第三信号输出端(4)、第一单模波导(5)、第二单模波导(6)、第三单模波导(7)、第一镥铋石榴石介质柱阵列(8)、第二镥铋石榴石介质柱阵列(9)，输入三个不同频率的太赫兹波，经过波导耦合作用从三个信号输出端分别分离输出，此外，通过施加外加磁场改变第一镥铋石榴石介质柱阵列(8)、第二镥铋石榴石介质柱阵列(9)的折射率，改变镥铋石榴石介质柱阵列对不同频率的太赫兹波的耦合性能，从而实现原本从第一信号输出端(2)输出的特定频率的太赫兹波从第三信号输出端(4)输出，而原本从第三信号输出端(4)输出的特定频率的太赫兹波从第一信号输出端(2)输出。
2.如权利要求1所述的一种可调频率太赫兹分路器，其特征在于所述的二维周期排列的介质柱光子晶体(10)是沿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3.4，半径为18～20μm，周期为100～102μm。
3.如权利要求1所述的一种可调频率太赫兹分路器，其特征在于所述的第一镥铋石榴石介质柱阵列(8)由二十七个镥铋石榴石介质柱组成，每个镥铋石榴石介质柱半径均为18～20μm，其折射率会随外加磁场强度的改变而变化，当无外加磁场时，其折射率为2.2，当外加磁场强度为20.51T时，其折射率将提升至2.32，当外加磁场强度为19.16T时，其折射率将提升至3.16。
4.如权利要求1所述的一种可调频率太赫兹分路器，其特征在于所述的第二镥铋石榴石介质柱阵列(9)由六个镥铋石榴石介质柱组成，每个镥铋石榴石介质柱半径均为18～20μm，其折射率会随外加磁场强度的改变而变化，当无外加磁场时，其折射率为2.2，当外加磁场强度为20.51T时，其折射率将提升至2.32，当外加磁场强度为19.16T时，其折射率将提升至3.16。
5.如权利要求1所述的一种可调频率太赫兹分路器，其特征在于所述的第一单模波导(5)、第二单模波导(6)、第三单模波导(7)均为在二维光子晶体中去除一排介质柱所获得的。
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