电控太赫兹波偏振分束器

摘要

本发明公开了一种电控太赫兹波偏振分束器。它包括太赫兹波输入端、聚合物传输波导、高电导率材料层、电极、基体、太赫兹波输出端；聚合物传输波导由第一聚合物传输波导、第二聚合物传输波导、第三聚合物传输波导依次连接而成，高电导率材料层对称放置在第二聚合物传输波导上，高电导率材料层上两侧对称设有电极，聚合物传输波导嵌入在基体中，太赫兹波从太赫兹波输入端沿聚合物传输波导输入，当在电极两端加上电压时，TE波从太赫兹波输出端输出，当电极两端无外加电压时，TM波从太赫兹波输出端输出。本发明具有结构简单紧凑、尺寸小、控制方便、分束率高等优点，满足太赫兹无损检测、医学成像、太赫兹通信等领域的需求。

权利要求

1.一种电控太赫兹波偏振分束器，其特征在于包括太赫兹波输入端（1）、聚合物传输波导（2）、高电导率材料层（3）、电极（4）、基体（5）、太赫兹波输出端（6）；聚合物传输波导（2）由第一聚合物传输波导（7）、第二聚合物传输波导（8）和第三聚合物传输波导（9）顺次连接而成，第一聚合物传输波导（7）和第三聚合物传输波导（9）由内导体（10）和外层包覆层（11）组成，第二聚合物传输波导（8）由切除聚合物传输波导中内导体（10）以上的部分区域后的余下部分组成，高电导率材料层（3）对称放置在第二聚合物传输波导（8）上，高电导率材料层（3）的长度与第二聚合物传输波导（8）的长度相等，高电导率材料层（3）上两侧对称设有电极（4），聚合物传输波导（2）嵌入在基体（5）中，太赫兹波从太赫兹波输入端（1）沿聚合物传输波导输入，当在电极（4）两端加上电压时，TE波从太赫兹波输出端（6）输出，当电极（4）两端无外加电压时，TM波从太赫兹波输出端（6）输出，这实现了电控偏振分束的功能。

2.根据权利要求1所述的一种电控太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的基体（5）为高阻硅，长为5000μm~8000μm，宽为3000μm~5000μm，高为600μm~800μm。

3.根据权利要求1所述的一种电控太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的聚合物传输波导（2）嵌入在基体（5）中的深度为75μm~80μm，内导体（10）的半径为20μm~30μm，外层包覆层（11）的半径50μm~80μm。

4.根据权利要求1所述的一种电控太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的高电导率材料层（3）长为1500μm~2000μm，宽为800μm~1000μm，厚为5μm~10μm；高电导率材料层（3）下侧离圆心的距离为 25μm~40μm。

5.根据权利要求1所述的一种电控太赫兹波偏振分束器，其特征在于所述的电极（4）长为1500μm~2000μm，宽为100μm~200μm，厚为20μm~40μm。

说明书

电控太赫兹波偏振分束器

技术领域

[0001] 本发明涉及分束器，尤其涉及一种电控太赫兹波偏振分束器。

背景技术

[0002] 太赫兹是指频率在0.1THz~10THz范围内的电磁波。太赫兹波科学技术是一门综合性很强的前沿学科，它涉及电磁学、半导体物理学、化学、光电子学、通信理论、量子理论以及材料科学等许多个重要学科，因而太赫兹波科学技术在微观和宏观领域都具有重要的学术研究价值和实际应用价值。太赫兹波科学技术扩展了人类研究微观世界的方法和手段，同时在生物医学、公共安全、环境检测、化学分析、工业无损检测等宏观领域也具有广阔的应用前景。太赫兹波科学技术现在已得到国际学术界的广泛关注，2004年2月，美国技术评论期刊公布了未来影响世界的十大关键技术，太赫兹科学技术位列第五。在最近几年，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。太赫兹的重要性基于太赫兹波的许多独特的性质，如：1）瞬态性：脉冲的典型脉宽在皮秒量级，不但可以方便地进行时间分辨的研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪音的干扰。2）宽带性：脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从几GHz至几十THz的范围。3）低能性波：THz的光子能量只有毫电子伏特，与X射线相比，不会因为光致电离而破坏被检测的物质，所以THz波更适合对“活体”进行检查。4）高穿透性：辐射对于很多非极性物质，如电介质材料、塑料、纸箱以及布料等包装材料有很强的穿透性，可用来对己经包装的物品进行质检或者用于安全检查。由于以这些独特的性质，使得它在各种超快过程探测、材料表征、环境检测、物体成像、医疗诊断、高速光电子器件、宽带移动通信等物理学、材料学、生物学、医学、天文学和信息学领域具有广阔的应用前景。

[0003] 当前太赫兹波的功能器件是太赫兹波科学技术应用中的重点和难点，国内外对于太赫兹波的功能器件研究也已逐渐展开。现有的太赫兹波功能器件通常结构复杂、体积较大、实际制作困难、价格昂贵，因此小型化、低成本的太赫兹波器件是太赫兹波技术应用的关键。目前国内外很多科研机构都致力于这方面的研究并取得了一定的进展，但是对太赫兹波偏振分束器的研究少有报道。太赫兹波偏振分束器是一种非常重要的太赫兹波器件，可用于太赫兹波通信系统，实现对太赫兹波的控制。因此有必要设计一种结构简单紧凑，体积小，便于集成，分束效率高的太赫兹偏振分束器以满足未来太赫兹波技术应用需要。

发明内容

[0004] 本发明为了克服现有技术分束效率低，结构复杂，尺寸大，实际制作过程困难，难以控制的不足，提供一种分束效率高的电控太赫兹波偏振分束器。

[0005] 为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

[0006] 电控太赫兹波偏振分束器包括太赫兹波输入端、聚合物传输波导、高电导率材料层、电极、基体、太赫兹波输出端；聚合物传输波导由第一聚合物传输波导、第二聚合物传输波导和第三聚合物传输波导依次连接而成，第一聚合物传输波导和第三聚合物传输波导由内导体和外层包覆层组成，第二聚合物传输波导由切除聚合物传输波导中内导体以上的部分区域后的余下部分组成，高电导率材料层对称放置在第二聚合物传输波导上，高电导率材料层的长度与第二聚合物传输波导的长度相等，高电导率材料层上两侧对称设有电极，聚合物传输波导嵌入在基体中，太赫兹波从太赫兹波输入端沿聚合物传输波导输入，当在电极两端加上电压时，TE波从太赫兹波输出端输出，当电极两端无外加电压时，TM波从太赫兹波输出端输出，这实现了电控偏振分束的功能。

[0007] 所述的基体为高阻硅，长为5000μm~8000μm，宽为3000μm~5000μm，高为600μm~800μm。所述的聚合物传输波导嵌入在基体中的深度为75μm~80μm，内导体的半径为20μm~30μm，外层包覆层的半径50μm~80μm。所述的高电导率材料层长为
1500μm~2000μm，宽为800μm~1000μm，厚为5μm~10μm；高电导率材料层下侧离圆心的距离为 25μm~40μm。所述的电极长为1500μm~2000μm，宽为100μm~200μm，厚为
20μm~40μm。

[0008] 本发明的电控太赫兹波偏振分束器具有结构简单紧凑、尺寸小、控制方便、分束率高等优点，满足太赫兹无损检测、医学成像、太赫兹通信等领域的需求。

[0009] 附图说明：

[0010] 图1是电控太赫兹波偏振分束器立体结构示意图；

[0011] 图2是电控太赫兹波偏振分束器聚合物传输波导立体结构示意图；

[0012] 图3是电控太赫兹波偏振分束器的截面示意图；

[0013] 图4是有外加电场时电控太赫兹波偏振分束器输出端输出的TE、TM波的传输曲线；

[0014] 图5是无外加电场时电控太赫兹波偏振分束器输出端输出的TM、TE波的传输曲线。

具体实施方式

[0015] 如图1~3所示，电控太赫兹波偏振分束器包括太赫兹波输入端1、聚合物传输波导2、高电导率材料层3、电极4、基体5、太赫兹波输出端6；聚合物传输波导2由第一聚合物传输波导7、第二聚合物传输波导8和第三聚合物传输波导9依次连接而成，第一聚合物传输波导7和第三聚合物传输波导9由内导体10和外层包覆层11组成，第二聚合物传输波导
8由切除聚合物传输波导中内导体10以上的部分区域后的余下部分组成，高电导率材料层
3对称放置在第二聚合物传输波导8上，高电导率材料层3的长度与第二聚合物传输波导8的长度相等，高电导率材料层3上两侧对称设有电极4，聚合物传输波导2嵌入在基体5中，太赫兹波从太赫兹波输入端1沿聚合物传输波导输入，当在电极4两端加上电压时，TE波从太赫兹波输出端6输出，当电极4两端无外加电压时，TM波从太赫兹波输出端6输出，这实现了电控偏振分束的功能。

[0016] 所述的基体5为高阻硅，长为5000μm~8000μm，宽为3000μm~5000μm，高为600μm~800μm。所述的聚合物传输波导2嵌入在基体5中的深度为75μm~80μm，内导体
10的半径为20μm~30μm，外层包覆层11的半径50μm~80μm。所述的高电导率材料层3长为1500μm~2000μm，宽为800μm~1000μm，厚为5μm~10μm；高电导率材料层3下侧离圆心的距离为 25μm~40μm。所述的电极4长为1500μm~2000μm，宽为100μm~200μm，厚为20μm~40μm。

[0017] 实施例1

[0018] 电控太赫兹波偏振分束器：

[0019] 太赫兹波从太赫兹波输入端沿聚合物传输波导输入。基体为高阻硅，折射率为3.42，基体长为5000μm，宽为3000μm，高为600μm。聚合物传输波导嵌入在基体中的深度为75μm，内导体的半径为20μm，外层包覆层的半径50μm。高电导率材料层长为2000μm，宽为1000μm，厚为5μm；高电导率材料层下侧离圆心的距离为 25μm。电极长为2000μm，宽为200μm，厚为20μm。当在电极两端加上电压时，TE波从太赫兹波输出端输出，电控太赫兹波偏振分束器太赫兹波输出端输出的TE、TM波的传输曲线如图4所示，在频率为
0.30THz~0.80THz范围内，TE波的最小传输率为99.42%，TM波的最大传输率为0.46%；当电极两端无外加电压时，TM波从太赫兹波输出端输出，电控太赫兹波偏振分束器太赫兹波输出端输出的TM、TE波的传输曲线如图5所示，在频率为0.30THz~0.80THz范围内，TM波的最小传输率为99.34%，TE波的最大传输率为0.54%。这说明通过对外加电场的控制，可以实现太赫兹波输出端输出TE波或者TM波，达到了电控偏振分束的目的。