中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器。它包括信號輸入端、信號輸出端、中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器、基底、兩個(gè)外矩形波導(dǎo)、向下左外圓弧形波導(dǎo)、兩個(gè)中矩形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)上矩形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)下矩形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)、兩個(gè)長矩形波導(dǎo)、圓環(huán)形波導(dǎo)、向上右外圓弧形波導(dǎo)；左側(cè)外矩形波導(dǎo)的左端設(shè)有信號輸入端，右側(cè)外矩形波導(dǎo)的右端設(shè)有信號輸出端，信號從信號輸入端進(jìn)入中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器后信號輸出端輸出。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、變換效率高、尺寸小、成本低、便于制作等優(yōu)點(diǎn)，滿足在太赫茲波成像、醫(yī)學(xué)診斷、太赫茲波通信等領(lǐng)域應(yīng)用的要求。
【專利說明】中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲波偏振變換器，尤其涉及一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲輻射，也被稱為太赫茲波、T射線、亞毫米波、遠(yuǎn)紅外線等，其波段位于毫米波與遠(yuǎn)紅外線之間。從能量輻射上看，其大小在電子和光子之間，屬于電子學(xué)向光子學(xué)的過渡區(qū)，處于宏觀經(jīng)典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)。雖然早在上世紀(jì)20年代就有人對太赫茲福射產(chǎn)生了濃厚的興趣，但由于太赫茲產(chǎn)生和探測技術(shù)與十分成熟的微波、光學(xué)技術(shù)相比仍然十分落后，苦于未能找到具有高能量、高效率、低造價(jià)且能在室溫下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的太赫茲波輻射源，所以在上世紀(jì)80年代中期以前，人們對這個(gè)頻段的電磁波特性知之甚少，形成了遠(yuǎn)紅外線和毫米波之間所謂的“太赫茲空隙”。由于物質(zhì)在太赫茲波頻段的發(fā)射、反射和透射光譜中包含有豐富的物理和化學(xué)信息，并且太赫茲波輻射源與傳統(tǒng)光源相比，具有相干性、低能性、高穿透性等獨(dú)特、優(yōu)異的特性，與太赫茲輻射相關(guān)的太赫茲波技術(shù)逐漸成為國際研究的熱點(diǎn)。它在物理、化學(xué)、天文學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)成像、食品檢驗(yàn)、通信等領(lǐng)域具有巨大的科學(xué)研究價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]太赫茲通信是指用太赫茲波作為信息載體進(jìn)行的通信技術(shù)，太赫茲波的功能器件是太赫茲通信中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。現(xiàn)有的太赫茲波器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大并且價(jià)格昂貴，因此小型化、低成本的太赫茲波器件是太赫茲波技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。太赫茲偏振變換器是一種非常重要的太赫茲波器件，可用于太赫茲波系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對太赫茲波的控制。目前國內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)對于太赫茲偏振變換器的研究還很少。因此有必要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、分束效率高的太赫茲偏振變換器以滿足未來太赫茲波通信技術(shù)應(yīng)用需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器。
[0005]中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器包括信號輸入端、信號輸出端、中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器、基底、兩個(gè)外矩形波導(dǎo)、向下左外圓弧形波導(dǎo)、兩個(gè)中矩形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)上矩形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)下矩形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)、兩個(gè)長矩形波導(dǎo)、圓環(huán)形波導(dǎo)、向上右外圓弧形波導(dǎo)；基底的上表面設(shè)有兩個(gè)外矩形波導(dǎo)、向下左外圓弧形波導(dǎo)、兩個(gè)中矩形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)上矩形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)下矩形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)、兩個(gè)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)、兩個(gè)長矩形波導(dǎo)、圓環(huán)形波導(dǎo)、向上右外圓弧形波導(dǎo)；兩個(gè)外矩形波導(dǎo)分別位于基底的左右兩側(cè)，其中外矩形波導(dǎo)與中矩形波導(dǎo)相連，中矩形波導(dǎo)再分別與內(nèi)上矩形波導(dǎo)、內(nèi)下矩形波導(dǎo)相連，內(nèi)上矩形波導(dǎo)經(jīng)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)與一長矩形波導(dǎo)相連，內(nèi)下矩形波導(dǎo)經(jīng)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)與另一長矩形波導(dǎo)相連，一長矩形波導(dǎo)與另一長矩形波導(dǎo)之間設(shè)有圓環(huán)形波導(dǎo)，左側(cè)外矩形波導(dǎo)的中部上側(cè)通過向下左外圓弧形波導(dǎo)與中矩形波導(dǎo)左側(cè)上部相連，左側(cè)外矩形波導(dǎo)的左端設(shè)有信號輸入端，右側(cè)外矩形波導(dǎo)的中部下側(cè)通過向上右外圓弧形波導(dǎo)與中矩形波導(dǎo)右側(cè)下部相連，右側(cè)外矩形波導(dǎo)的右端設(shè)有信號輸出端，信號從信號輸入端進(jìn)入中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器后信號輸出端輸出。
[0006]所述的中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器的長度為143μm-?45μm，寬度為51 μ m-53 μ m,它由基底層和波導(dǎo)層組成，其中基底層的材料為二氧化硅，波導(dǎo)層的材料為硅，波導(dǎo)層厚度均為0.2μm-θ.3μm。所述的基底的長度為143μm-?45μm，寬度為51 μ m-53 μ m,厚度為2.5 μ m-3.5 μ m。所述的外矩形波導(dǎo)的長度為14 μ m-?6 μ m,寬度為0.5 μ m-?.5 μ m。所述的向下左外圓弧形波導(dǎo)的外徑為7 μ m~9um,寬度為0.5 μ m-?.5 μ m,圓心角為40°到50°。所述的中矩形波導(dǎo)的長度為15 μ m-?7 μ m,寬度為13 μ m-?5 μ m。
[0007]所述的內(nèi)上矩形波導(dǎo)和內(nèi)下矩形波導(dǎo)的長度均為8 μ m-9 μ m，寬度均為
0.5μm-?.5μm。所述的內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)和內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)的外徑均為11μm-?3μηι,寬度均為0.5 μ m-?.5 μ m,圓心角均為45°到55°。所述的長矩形波導(dǎo)的長度為47 μ m-49 μ m,寬度為0.5 μ m-?.5 μ m ;所述的圓環(huán)形波導(dǎo)的外徑為9 μ nTll μ m,寬度為0.5 μ m-?.5 μ m;所述的向上右外圓弧形波導(dǎo)的外徑為7 V- nT9um,寬度為0.5 μ m-?.5 μ m,圓心角為40°至Ij50。。
[0008]本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、變換效率高、尺寸小、成本低、便于制作等優(yōu)點(diǎn)，滿足在太赫茲波成像、醫(yī)學(xué)診斷、太赫茲波通信等領(lǐng)域應(yīng)用的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器的俯視圖；
圖3是中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器在信號輸入端輸入TE波后信號輸出端TM波的傳輸率曲線圖；
圖4是中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器在信號輸入端輸入TM波后信號輸出端TE波的傳輸率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖f 2所示，中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器包括信號輸入端1、信號輸出端2、中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器3、基底4、兩個(gè)外矩形波導(dǎo)5、向下左外圓弧形波導(dǎo)6、兩個(gè)中矩形波導(dǎo)7、兩個(gè)內(nèi)上矩形波導(dǎo)8、兩個(gè)內(nèi)下矩形波導(dǎo)9、兩個(gè)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)
10、兩個(gè)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)11、兩個(gè)長矩形波導(dǎo)12、圓環(huán)形波導(dǎo)13、向上右外圓弧形波導(dǎo)14 ；基底4的上表面設(shè)有兩個(gè)外矩形波導(dǎo)5、向下左外圓弧形波導(dǎo)6、兩個(gè)中矩形波導(dǎo)7、兩個(gè)內(nèi)上矩形波導(dǎo)8、兩個(gè)內(nèi)下矩形波導(dǎo)9、兩個(gè)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)10、兩個(gè)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)11、兩個(gè)長矩形波導(dǎo)12、圓環(huán)形波導(dǎo)13、向上右外圓弧形波導(dǎo)14 ;兩個(gè)外矩形波導(dǎo)5分別位于基底4的左右兩側(cè)，其中外矩形波導(dǎo)5與中矩形波導(dǎo)7相連，中矩形波導(dǎo)7再分別與內(nèi)上矩形波導(dǎo)8、內(nèi)下矩形波導(dǎo)9相連，內(nèi)上矩形波導(dǎo)8經(jīng)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)10與一長矩形波導(dǎo)相連，內(nèi)下矩形波導(dǎo)9經(jīng)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)11與另一長矩形波導(dǎo)相連，一長矩形波導(dǎo)與另一長矩形波導(dǎo)之間設(shè)有圓環(huán)形波導(dǎo)13，左側(cè)外矩形波導(dǎo)的中部上側(cè)通過向下左外圓弧形波導(dǎo)6與中矩形波導(dǎo)7左側(cè)上部相連，左側(cè)外矩形波導(dǎo)的左端設(shè)有信號輸入端1，右側(cè)外矩形波導(dǎo)的中部下側(cè)通過向上右外圓弧形波導(dǎo)14與中矩形波導(dǎo)7右側(cè)下部相連，右側(cè)外矩形波導(dǎo)的右端設(shè)有信號輸出端2，信號從信號輸入端I進(jìn)入中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器3后信號輸出端2輸出。
[0011]所述的中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器3的長度為143μπm45μπι，寬度為51 μ πm53 μ m,它由基底層和波導(dǎo)層組成，其中基底層的材料為二氧化硅，波導(dǎo)層的材料為硅，波導(dǎo)層厚度均為0.2μπmθ.3μπι。所述的基底4的長度為143μπm45μπι，寬度為51 μ πm53 μ m,厚度為2.5 μ πm3.5 μ m。所述的外矩形波導(dǎo)5的長度為14 μ πm6 μ m,寬度為0.5 μ πm.5 μ m。所述的向下左外圓弧形波導(dǎo)6的外徑為7 μ nT9um,寬度為
0.5μπm.5μπι，圓心角為40°到50°。所述的中矩形波導(dǎo)7的長度為15 μ πm7 μ m，寬度為13μπm5μηι。所述的內(nèi)上矩形波導(dǎo)8和內(nèi)下矩形波導(dǎo)9的長度均為8 μ πm9 μ m,寬度均為0.5μηm.5 μ mo所述的內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)10和內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)11的外徑均為
11μ πm3 μ m,寬度均為0.5 μ πm.5 μ m,圓心角均為45°到55°。所述的長矩形波導(dǎo)12的長度為47 μ πm49 μ m,寬度為0.5 μ πm.5 μ m ;所述的圓環(huán)形波導(dǎo)13的外徑為9 μ nTll μ m,寬度為0.5 μ πm.5 μ m;所述的向上右外圓弧形波導(dǎo)14的外徑為7 μ nT9um,寬度為
0.5μπm.5μπι，圓心角為 40。到 50。。
[0012]實(shí)施例1
中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器:
中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器的長度為144 μ m，寬度為52 μ m，它由基底層和波導(dǎo)層組成，其中基底層的材料為二氧化硅，波導(dǎo)層的材料為硅，波導(dǎo)層厚度均為0.25 μ m?；椎拈L度為144 μ m,寬度為51μπm53μηι,厚度為3 μ m。外矩形波導(dǎo)的長度為15μηι,寬度為Ιμπι。向下左外圓弧形波導(dǎo)的外徑為8um,寬度為I μ m,圓心角為45°。中矩形波導(dǎo)的長度為16m,寬度為14 μ m。內(nèi)上矩形波導(dǎo)和內(nèi)下矩形波導(dǎo)的長度均為8.6 μ m,寬度均為Ιμπι。內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)和內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)的外徑均為12 μ m,寬度均為Ιμπι,圓心角均為50°。長矩形波導(dǎo)的長度為48 μ m,寬度為I μ m ;圓環(huán)形波導(dǎo)的外徑為10 μ m,寬度為Ιμπι;所述的向上右外圓弧形波導(dǎo)的外徑為8um,寬度為Ιμπι,圓心角為45°。中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器在信號輸入端輸入TE波后信號輸出端TM波的傳輸率曲線如圖3所示，在2.60^3.50ΤΗζ頻段，TM波的最大傳輸率為99.9%，這說明TM波從信號輸出端輸出。中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器在信號輸入端輸入TM波后信號輸出端TE波的傳輸率曲線如圖4所示，在2.60^3.50ΤΗζ頻段，TE波的最大傳輸率為99.9%，這說明TE波從信號輸出端輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器，其特征在于包括信號輸入端(I)、信號輸出端(2)、中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器(3)、基底(4)、兩個(gè)外矩形波導(dǎo)(5)、向下左外圓弧形波導(dǎo)(6)、兩個(gè)中矩形波導(dǎo)(7)、兩個(gè)內(nèi)上矩形波導(dǎo)(8)、兩個(gè)內(nèi)下矩形波導(dǎo)(9)、兩個(gè)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)(10)、兩個(gè)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)(11)、兩個(gè)長矩形波導(dǎo)(12)、圓環(huán)形波導(dǎo)(13)、向上右外圓弧形波導(dǎo)(14);基底(4)的上表面設(shè)有兩個(gè)外矩形波導(dǎo)(5)、向下左外圓弧形波導(dǎo)(6)、兩個(gè)中矩形波導(dǎo)(7)、兩個(gè)內(nèi)上矩形波導(dǎo)(8)、兩個(gè)內(nèi)下矩形波導(dǎo)(9)、兩個(gè)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)(10)、兩個(gè)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)(11)、兩個(gè)長矩形波導(dǎo)(12)、圓環(huán)形波導(dǎo)(13)、向上右外圓弧形波導(dǎo)(14);兩個(gè)外矩形波導(dǎo)(5)分別位于基底(4)的左右兩側(cè)，其中外矩形波導(dǎo)(5)與中矩形波導(dǎo)(7)相連，中矩形波導(dǎo)(7)再分別與內(nèi)上矩形波導(dǎo)(8)、內(nèi)下矩形波導(dǎo)(9)相連，內(nèi)上矩形波導(dǎo)(8)經(jīng)內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)(10)與一長矩形波導(dǎo)相連，內(nèi)下矩形波導(dǎo)(9)經(jīng)內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)(11)與另一長矩形波導(dǎo)相連，一長矩形波導(dǎo)與另一長矩形波導(dǎo)之間設(shè)有圓環(huán)形波導(dǎo)(13)，左側(cè)外矩形波導(dǎo)的中部上側(cè)通過向下左外圓弧形波導(dǎo)(6)與中矩形波導(dǎo)(7)左側(cè)上部相連，左側(cè)外矩形波導(dǎo)的左端設(shè)有信號輸入端(1)，右側(cè)外矩形波導(dǎo)的中部下側(cè)通過向上右外圓弧形波導(dǎo)(14)與中矩形波導(dǎo)(7)右側(cè)下部相連，右側(cè)外矩形波導(dǎo)的右端設(shè)有信號輸出端(2)，信號從信號輸入端(I)進(jìn)入中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器(3)后信號輸出端(2)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器，其特征在于所述的中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器(3)的長度為143μm-145μm，寬度為51 μ m-53 μ m,它由基底層和波導(dǎo)層組成，其中基底層的材料為二氧化硅，波導(dǎo)層的材料為娃，波導(dǎo)層厚度均為0.2 μ m-θ.3 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器，其特征在于所述的基底(4)的長度為143μm-?45μπι，寬度為51 μ m-53 μ m，厚度為2.5 μ m-3.5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器，其特征在于所述的外矩形波導(dǎo)(5)的長度為14 μm-16 μ m,寬度為0.5 μ m-1.5 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器，其特征在于所述的向下左外圓弧形波導(dǎo)(6)的外徑為7 μ-9um,寬度為0.5μm-?.5 μ m,圓心角為40°至Ij50。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器，其特征在于所述的中矩形波導(dǎo)(7)的長度為15 μ m-1 μ m,寬度為13μm-?5μηι。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器，其特征在于所述的內(nèi)上矩形波導(dǎo)(8)和內(nèi)下矩形波導(dǎo)(9)的長度均為8μm-9μηι,寬度均為0.5μm-1.5 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器，其特征在于所述的內(nèi)上圓弧形波導(dǎo)(10)和內(nèi)下圓弧形波導(dǎo)(11)的外徑均為11μm-1.3μm，寬度均為0.5 μ m~l.5 μ m,圓心角均為45。到55°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中心圓形微環(huán)結(jié)構(gòu)太赫茲偏振變換器，其特征在于所述的長矩形波導(dǎo)(12)的長度為47 μ m-49 μ m,寬度為0.5 μ m-1.5 μ m ;所述的圓環(huán)形波導(dǎo)(13)的外徑為9 μ nTll μ m,寬度為0.5 μ m-?.5 μ m;所述的向上右外圓弧形波導(dǎo)(14)的外徑為7“111~911111，寬度為0.5 4 111~1.5 4 111，圓心角為40。到 50。。
【文檔編號】G02B6/126GK103675999SQ201310599640
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】李九生 申請人:中國計(jì)量學(xué)院