紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，在電磁波譜上介于發(fā)展已相當(dāng)成熟的毫米波和紅外光之間的太赫茲波無(wú)疑是一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。太赫茲波頻率0.1?ΙΟΤΗζ，波長(zhǎng)為30 μπι?3mm。長(zhǎng)期以來(lái)，由于缺乏有效的太赫茲波產(chǎn)生和檢測(cè)方法，與傳統(tǒng)的微波技術(shù)和光學(xué)技術(shù)相比較，人們對(duì)該波段電磁輻射性質(zhì)的了解甚少，以至于該波段成為了電磁波譜中的太赫茲空隙。隨著太赫茲輻射源和探測(cè)技術(shù)的突破，太赫茲獨(dú)特的優(yōu)越特性被發(fā)現(xiàn)并在材料科學(xué)、氣體探測(cè)、生物和醫(yī)學(xué)檢測(cè)、通信等方面展示出巨大的應(yīng)用前景。可以說(shuō)太赫茲技術(shù)科學(xué)不僅是科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要基礎(chǔ)問(wèn)題，又是新一代信息產(chǎn)業(yè)以及基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展的重大需求。高效的太赫茲輻射源和成熟的檢測(cè)技術(shù)是推動(dòng)太赫茲技術(shù)科學(xué)發(fā)展和應(yīng)用的首要條件，但太赫茲技術(shù)的廣泛應(yīng)用離不開(kāi)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域要求的實(shí)用化功能器件的支撐。在太赫茲通信、多譜成像、物理、化學(xué)等眾多應(yīng)用系統(tǒng)中，對(duì)太赫茲波導(dǎo)、開(kāi)關(guān)、偏振轉(zhuǎn)換器、濾波及耦合等功能器件的需求是迫切的。
[0003]太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器是一類(lèi)重要的太赫茲波功能器件，近年來(lái)太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。然而現(xiàn)有的太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器大都存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分束率低、成本高等諸多缺點(diǎn)，所以研究結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換率高、成本低的太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，技術(shù)方案如下:
[0005]紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器包括信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端、紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層、基體、金屬層結(jié)構(gòu)；紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層由呈3X3等間距排列的9個(gè)紐扣形金屬周期單元組成，紐扣形金屬周期單元中心排列有第一四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第二四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第三四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)和第四四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)，外側(cè)環(huán)繞一個(gè)雙開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)；金屬層結(jié)構(gòu)由15個(gè)矩形金屬自左到右順次排列組成；信號(hào)從信號(hào)輸入端輸入，依次經(jīng)過(guò)紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層、基體之后，經(jīng)金屬層結(jié)構(gòu)輸出，當(dāng)輸入信號(hào)為T(mén)E波時(shí)，信號(hào)輸出端輸出TM波，當(dāng)輸入信號(hào)為T(mén)M波時(shí)，信號(hào)輸出端輸出TE波，實(shí)現(xiàn)偏振轉(zhuǎn)換功能。
[0006]所述的紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層和金屬層結(jié)構(gòu)的厚度均為1 μπι?2 μπι。所述的基體的厚度為500 μ m?520 μ m，長(zhǎng)度為99 μ m?101 μ m，寬度為99 μ m?101 μ m。所述的金屬層結(jié)構(gòu)中矩形金屬的長(zhǎng)度為99 μπι?101 μπι，寬度為0.9 μπι?1.1 μm，相鄰矩形金屬之間的間距為6 μπι?7 μπι。所述的每個(gè)相鄰的紐扣形金屬周期單元的間距為10 μπι?12 μπι。所述的第一四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第二四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第三四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第四四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)相同，半徑均為5 μπι?6 μπι。所述的雙開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)外側(cè)圓的半徑為9 μπι?11 μm,內(nèi)側(cè)圓的半徑6 μπι?8 μπι，其右上和左下開(kāi)口對(duì)應(yīng)的弧度為15°。所述的基體的材料為高阻硅材料，紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層和金屬層結(jié)構(gòu)的材料均為銅。
[0007]本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，尺寸小，轉(zhuǎn)換率高，便于加工等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
:
[0008]圖1是紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器的紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3是紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器的紐扣形金屬周期單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖4是紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器的金屬層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖5是輸入為T(mén)E波時(shí)，紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端的TM、TE波透射率曲線；
[0013]圖6是輸入為T(mén)M波時(shí)，紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端的TE、TM波透射率曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1?3所示，紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器包括信號(hào)輸入端1、信號(hào)輸出端5、紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層2、基體3、金屬層結(jié)構(gòu)4 ;紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層2由呈3X 3等間距排列的9個(gè)紐扣形金屬周期單元6組成，紐扣形金屬周期單元6中心排列有第一四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)8、第二四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)9、第三四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)10和第四四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)11，外側(cè)環(huán)繞一個(gè)雙開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)7 ;金屬層結(jié)構(gòu)4由15個(gè)矩形金屬12自左到右順次排列組成；信號(hào)從信號(hào)輸入端1輸入，依次經(jīng)過(guò)紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層2、基體3之后，經(jīng)金屬層結(jié)構(gòu)4輸出，當(dāng)輸入信號(hào)為T(mén)E波時(shí)，信號(hào)輸出端5輸出TM波，當(dāng)輸入信號(hào)為T(mén)M波時(shí)，信號(hào)輸出端5輸出TE波，實(shí)現(xiàn)偏振轉(zhuǎn)換功能。
[0015]所述的紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層2和金屬層結(jié)構(gòu)4的厚度均為1 μ m?2 μ m。所述的基體3的厚度為500 μπι?520 μπι,長(zhǎng)度為99 μπι?101 μπι,寬度為99 μπι?101 μπι。所述的金屬層結(jié)構(gòu)4中矩形金屬12的長(zhǎng)度為99 μπι?101 μπι,寬度為0.9 μπι?1.1 μπι，相鄰矩形金屬12之間的間距為6 μπι?7 μπι。所述的每個(gè)相鄰的紐扣形金屬周期單元6的間距為10 μπι?12 μπι。所述的第一四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)8、第二四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)9、第三四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)10、第四四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)11結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)相同，半徑均為5μηι?6μηι。所述的雙開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)7外側(cè)圓的半徑為9 μπι?11 μπι，內(nèi)側(cè)圓的半徑6 μπι?8 μm，其右上和左下開(kāi)口對(duì)應(yīng)的弧度為15°。所述的基體3的材料為高阻硅材料，紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層2和金屬層結(jié)構(gòu)4的材料均為銅。
[0016]實(shí)施例1
[0017]紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層和金屬層結(jié)構(gòu)的厚度均為1 μπι?；w的厚度為510 μπι，長(zhǎng)度為100 μm,寬度為100 μπι。金屬層結(jié)構(gòu)中矩形金屬的長(zhǎng)度為100 μπι，寬度為1 μπι，相鄰矩形金屬之間的間距為6 μπι。每個(gè)相鄰的紐扣形金屬周期單元的間距為11 μπι。第一四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第二四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第三四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第四四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)相同，半徑均為5.5 μπι。雙開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)外側(cè)圓的半徑為10 μπι，內(nèi)側(cè)圓的半徑7 μπι，其右上和左下開(kāi)口對(duì)應(yīng)的弧度為15°。基體的材料為高阻硅材料，紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層和金屬層結(jié)構(gòu)的材料均為銅。當(dāng)紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)為T(mén)E波時(shí)，信號(hào)輸出端的TM波、TE波透射率曲線如圖4所示，在0.5?1.5THz頻段范圍內(nèi)，TM波最大輸出功率(插入損耗)為0.08dB，TE波最小輸出功率(消光比)為40dB。當(dāng)紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)為T(mén)M波時(shí)，信號(hào)輸出端的TE波、TM波透射率曲線如圖5所示，在0.5?1.5THz頻段范圍內(nèi)，TE波最大輸出功率(插入損耗)為0.09dB，TM波最小輸出功率(消光比)為41dB。偏振轉(zhuǎn)換效率高，性能優(yōu)良。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括信號(hào)輸入端(1)、信號(hào)輸出端(5)、紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層(2)、基體(3)、金屬層結(jié)構(gòu)(4);紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層(2)由呈3X3等間距排列的9個(gè)紐扣形金屬周期單元(6)組成，紐扣形金屬周期單元(6)中心排列有第一四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)(8)、第二四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)(9)、第三四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)(10)和第四四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)(11)，外側(cè)環(huán)繞一個(gè)雙開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)(7);金屬層結(jié)構(gòu)⑷由15個(gè)矩形金屬(12)自左到右順次排列組成；信號(hào)從信號(hào)輸入端⑴輸入，依次經(jīng)過(guò)紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層(2)、基體(3)之后，經(jīng)金屬層結(jié)構(gòu)(4)輸出，當(dāng)輸入信號(hào)為T(mén)E波時(shí)，信號(hào)輸出端(5)輸出TM波，當(dāng)輸入信號(hào)為T(mén)M波時(shí)，信號(hào)輸出端(5)輸出TE波，實(shí)現(xiàn)偏振轉(zhuǎn)換功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層(2)和金屬層結(jié)構(gòu)(4)的厚度均為1 μπι?2 μπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的基體(3)的厚度為500 μ m?520 μ m，長(zhǎng)度為99 μ m?101 μ m，寬度為99 μ m?101 μ m。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的金屬層結(jié)構(gòu)⑷中矩形金屬(12)的長(zhǎng)度為99 μ m?101 μ m，寬度為0.9 μ m?1.1 μ m，相鄰矩形金屬(12)之間的間距為6 μπι?7 μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的每個(gè)相鄰的紐扣形金屬周期單元(6)的間距為ΙΟμπι?12 μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的第一四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)(8)、第二四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)(9)、第三四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)(10)、第四四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)(11)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)相同，半徑均為5 μπι?6 μπι。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的雙開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)(7)外側(cè)圓的半徑為9μηι?Ι?μπι，內(nèi)側(cè)圓的半徑6 μ m?8 μ m，其右上和左下開(kāi)口對(duì)應(yīng)的弧度為15°。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的基體(3)的材料為高阻硅材料，紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層(2)和金屬層結(jié)構(gòu)(4)的材料均為銅。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種紐扣形太赫茲波偏振轉(zhuǎn)換器，它包括信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端、紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層、基體、金屬層結(jié)構(gòu)；紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層與基體相連，紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層上包括9個(gè)紐扣形金屬周期單元，紐扣形金屬周期單元包括第一四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第二四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第三四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)、第四四分之一圓形金屬結(jié)構(gòu)和一個(gè)雙開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)；信號(hào)從信號(hào)輸入端輸入，依次經(jīng)過(guò)紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層、基體、之后經(jīng)金屬層結(jié)構(gòu)輸出，當(dāng)輸入信號(hào)為T(mén)E波時(shí)，信號(hào)輸出端輸出TM波，當(dāng)輸入信號(hào)為T(mén)M波時(shí)，信號(hào)輸出端輸出TE波,實(shí)現(xiàn)偏振轉(zhuǎn)換功能，紐扣形結(jié)構(gòu)傳輸層實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振模式的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，尺寸小，分束率高，便于加工等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G02B27/28, H01Q15/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105305087
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510873421
【發(fā)明人】李九生, 孫建忠
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日