CN102937730A - L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器。它包括信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、基板、水平倒置L形缝隙、矩形环缝隙、圆环缝隙、汤勺形缝隙；基板上设有水平倒置L形缝隙，水平倒置L形缝隙的竖直短臂的上端与信号输入端连接，水平倒置L形缝隙的水平长臂与第一信号输出端连接，水平倒置L形缝隙的竖直短臂的右侧依次设有矩形环缝隙、圆环缝隙和汤勺形缝隙，汤勺形缝隙的水平缝隙的右端与第二信号输出端连接；太赫兹波信号从信号输入端输入，TE从第一信号输出端输出，TM波从第二信号输出端输出，实现偏振分束的功能。本发明具有结构简单，尺寸小，体积小，成本低，便于制作，易于集成等优点。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹波偏振分束器，尤其涉及一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器。
背景技术
太赫兹波（Terahertz，简称THz）通常是指频率在0.1~10 THz区间的电磁波，其长波方向是传统电子学领域，而短波方向是光学的研究领域。在电磁波谱中，太赫兹波段还没有得打充分的开发和利用。20世纪90年代以前，由于缺乏有效的太赫兹源及检测技术，太赫兹波段并没有得到深入的研究，致使人们对太赫兹波段的认识非常有限，从而成为宽广的电磁波谱中不为人们所熟悉的空白，被称为电磁波谱的太赫兹空隙。近十几年来，超快激光技术的迅速发展为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，为发展太赫兹波的研究提供了有效的驱动力。从此太赫兹科学技术得以飞速发展。太赫兹波频率很高(波长比微波小1000倍以上)，因而其空间分辨率很高；太赫兹脉冲很短(飞秒级)，因而太赫兹辐射又具有很高的时间分辨率。目前，太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术构成了太赫兹应用的两个主要关键技术，它们在环境科学、生物医学、信息通信等领域都有着广阔的应用前景。近几年，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。
太赫兹波功能器件的发展是太赫兹波科学技术研究中的重点和难点。目前国际上对于太赫兹波功能器件研究也已逐渐展开，但现有的太赫兹波功能器件往往结构复杂、体积较大并且价格昂贵，因此小型化、低成本的太赫兹波功能器件是太赫兹波应用的关键。太赫兹波偏振分束器是一种非常重要的太赫兹波器件，为了满足未来太赫兹波技术的应用需求，有必要设计一种结构简单，体积小，易于制作的太赫兹波偏振分束器。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术分束率低，结构复杂，实际制作困难，体积大，难以集成的不足，提供一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器包括信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、基板、水平倒置L形缝隙、矩形环缝隙、圆环缝隙、汤勺形缝隙；基板上设有水平倒置L形缝隙，水平倒置L形缝隙包括顺次相连的竖直短臂、圆弧耦合缝隙、水平长臂，水平倒置L形缝隙的竖直短臂的上端与信号输入端连接，水平倒置L形缝隙的水平长臂与第一信号输出端连接，水平倒置L形缝隙的竖直短臂的右侧依次设有矩形环缝隙、圆环缝隙和汤勺形缝隙，汤勺形缝隙包括顺次相连的四分之三开口圆环、四分之一圆弧段和水平缝隙，水平缝隙的右端与第二信号输出端连接；太赫兹波信号从信号输入端输入，TE波经过水平倒置L形缝隙，直接从第一信号输出端输出；通过矩形环缝隙、圆环缝隙的耦合作用，TM波经汤勺形缝隙，从第二信号输出端输出，实现偏振分束的功能。
所述的基板的材料为硅，基板的长度为1500μm~1800μm，宽度为600μm~700μm，高度为300μm~400μm。所述的缝隙的宽度均为50μm~60μm，缝隙的深度均为100μm~150μm。所述的水平倒置L形缝隙的竖直短臂的长度为350μm~400μm，圆弧耦合缝隙的外侧圆弧半径为150μm~180μm，水平长臂的长度为1000μm~1200μm。所述的矩形环缝隙的外环长度为280μm~300μm，外环宽度为240μm~260μm。所述的圆环缝隙和四分之三开口圆环的外环半径均为120μm~130μm；所述的四分之一圆弧段的圆弧半径为120μm~130μm；所述的水平缝隙的长度为300μm~350μm。所述的竖直短臂和水平长臂分别与矩形环缝隙、圆环缝隙、汤勺形缝隙之间的间隔距离相等，均为30μm~40μm。所述的矩形环缝隙、圆环缝隙、汤勺形缝隙之间的间隔距离相等，均为20μm~30μm。
本发明的L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器具有结构简单，尺寸小，体积小，成本低，便于制作，易于集成等优点。
附图说明：
图1是L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器的结构示意图；
图2是水平倒置L形缝隙的组成结构示意图；
图3是汤勺形缝隙的组成结构示意图；
图4是本发明第一信号输出端TE波、TM波传输曲线；
图5是本发明第二信号输出端TM波、TE波传输曲线。
具体实施方式
如图1~3所示，L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器包括信号输入端1、第一信号输出端2、第二信号输出端3、基板4、水平倒置L形缝隙5、矩形环缝隙6、圆环缝隙7、汤勺形缝隙8；基板4上设有水平倒置L形缝隙5，水平倒置L形缝隙5包括顺次相连的竖直短臂9、圆弧耦合缝隙10、水平长臂11，水平倒置L形缝隙5的竖直短臂9的上端与信号输入端1连接，水平倒置L形缝隙5的水平长臂11与第一信号输出端2连接，水平倒置L形缝隙5的竖直短臂9的右侧依次设有矩形环缝隙6、圆环缝隙7和汤勺形缝隙8，汤勺形缝隙8包括顺次相连的四分之三开口圆环12、四分之一圆弧段13和水平缝隙14，水平缝隙14的右端与第二信号输出端3连接；太赫兹波信号从信号输入端1输入，TE波经过水平倒置L形缝隙4，直接从第一信号输出端2输出；通过矩形环缝隙5、圆环缝隙6的耦合作用，TM波经汤勺形缝隙8，从第二信号输出端3输出，实现偏振分束的功能。
所述的基板4的材料为硅，基板4的长度为1500μm~1800μm，宽度为600μm~700μm，高度为300μm~400μm。所述的缝隙的宽度均为50μm~60μm，缝隙的深度均为100μm~150μm。所述的水平倒置L形缝隙5的竖直短臂9的长度为350μm~400μm，圆弧耦合缝隙10的外侧圆弧半径为150μm~180μm，水平长臂11的长度为1000μm~1200μm。所述的矩形环缝隙6的外环长度为280μm~300μm，外环宽度为240μm~260μm。所述的圆环缝隙7和四分之三开口圆环12的外环半径均为120μm~130μm；所述的四分之一圆弧段13的圆弧半径为120μm~130μm；所述的水平缝隙14的长度为300μm~350μm。所述的竖直短臂9和水平长臂11分别与矩形环缝隙6、圆环缝隙7、汤勺形缝隙8之间的间隔距离相等，均为30μm~40μm。所述的矩形环缝隙6、圆环缝隙7、汤勺形缝隙8之间的间隔距离相等，均为20μm~30μm。
实施例1
基板的材料为硅，长度为1500μm，宽度为600μm，高度为300μm。缝隙的宽度均为50μm，缝隙的深度均为100μm。水平倒置L形缝隙的竖直短臂的长度为350μm，圆弧耦合缝隙的外侧圆弧半径为150μm，水平长臂的长度为1200μm。矩形环缝隙的外环长度为280μm，外环宽度为260μm。圆环缝隙和四分之三开口圆环的外环半径均为130μm；四分之一圆弧段的圆弧半径为130μm；水平缝隙的长度为300μm。竖直短臂和水平长臂分别与矩形环缝隙、圆环缝隙、汤勺形缝隙之间的间隔距离相等，均为30μm。矩形环缝隙、圆环缝隙、汤勺形缝隙之间的间隔距离相等，均为20μm。太赫兹波信号从信号输入端输入，分束波分别从第一信号输出端和第二信号输出端输出，获得偏振分束的功能。第一信号输出端的TE波、TM波传输曲线如图4所示，在0.20~0.40THz频段范围内，TE波的最小传输率为0.990，TM波的最大传输率为0.015，这说明TE波从第一信号输出端输出。第二信号输出端的TM波、TE波传输曲线如图5所示，在0.20~0.40THz频段范围内，TM最小传输率为0.988，TE波最大传输率为0.017，这说明TM波从第二信号输出端输出。
Claims (8)
1.一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于包括信号输入端（1）、第一信号输出端（2）、第二信号输出端（3）、基板（4）、水平倒置L形缝隙（5）、矩形环缝隙（6）、圆环缝隙（7）、汤勺形缝隙（8）；基板（4）上设有水平倒置L形缝隙（5），水平倒置L形缝隙（5）包括顺次相连的竖直短臂（9）、圆弧耦合缝隙（10）、水平长臂（11），水平倒置L形缝隙（5）的竖直短臂（9）的上端与信号输入端（1）连接，水平倒置L形缝隙（5）的水平长臂（11）与第一信号输出端（2）连接，水平倒置L形缝隙（5）的竖直短臂（9）的右侧依次设有矩形环缝隙（6）、圆环缝隙（7）和汤勺形缝隙（8），汤勺形缝隙（8）包括顺次相连的四分之三开口圆环（12）、四分之一圆弧段（13）和水平缝隙（14），水平缝隙（14）的右端与第二信号输出端（3）连接；太赫兹波信号从信号输入端（1）输入，TE波经过水平倒置L形缝隙（4），直接从第一信号输出端（2）输出；通过矩形环缝隙（5）、圆环缝隙（6）的耦合作用，TM波经汤勺形缝隙（8），从第二信号输出端（3）输出，实现偏振分束的功能。
2.根据权利要求1所述的一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的基板（4）的材料为硅，基板（4）的长度为1500μm~1800μm，宽度为600μm~700μm，高度为300μm~400μm。
3.根据权利要求1所述的一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的缝隙的宽度均为50μm~60μm，缝隙的深度均为100μm~150μm。
4.根据权利要求1所述的一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的水平倒置L形缝隙（5）的竖直短臂（9）的长度为350μm~400μm，圆弧耦合缝隙（10）的外侧圆弧半径为150μm~180μm，水平长臂（11）的长度为1000μm~1200μm。
5.根据权利要求1所述的一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的矩形环缝隙（6）的外环长度为280μm~300μm，外环宽度为240μm~260μm。
6.根据权利要求1所述的一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的圆环缝隙（7）和四分之三开口圆环（12）的外环半径均为120μm~130μm；所述的四分之一圆弧段（13）的圆弧半径为120μm~130μm；所述的水平缝隙（14）的长度为300μm~350μm。
7.根据权利要求1所述的一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的竖直短臂（9）和水平长臂（11）分别与矩形环缝隙（6）、圆环缝隙（7）、汤勺形缝隙（8）之间的间隔距离相等，均为30μm~40μm。
8.根据权利要求1所述的一种L形缝隙结构的太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的矩形环缝隙（6）、圆环缝隙（7）、汤勺形缝隙（8）之间的间隔距离相等，均为20μm~30μm。
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