硅孔陣列結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器的制作方法

本發(fā)明涉及太赫茲波偏振分束器，尤其涉及一種硅孔陣列結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器。

背景技術(shù)：

近年來，在電磁波譜上介于發(fā)展已相當成熟的毫米波和紅外光之間的太赫茲波無疑是一個嶄新的研究領(lǐng)域。太赫茲波頻率0.1～10THz，波長為30μm～3mm。長期以來，由于缺乏有效的太赫茲波產(chǎn)生和檢測方法，與傳統(tǒng)的微波技術(shù)和光學技術(shù)相比較，人們對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技術(shù)的突破，太赫茲獨特的優(yōu)越特性被發(fā)現(xiàn)并在材料科學、氣體探測、生物和醫(yī)學檢測、通信等方面展示出巨大的應用前景?？梢哉f太赫茲技術(shù)科學不僅是科學技術(shù)發(fā)展中的重要基礎問題，又是新一代信息產(chǎn)業(yè)以及基礎科學發(fā)展的重大需求。高效的太赫茲輻射源和成熟的檢測技術(shù)是推動太赫茲技術(shù)科學發(fā)展和應用的首要條件，但太赫茲技術(shù)的廣泛應用離不開滿足不同應用領(lǐng)域要求的實用化功能器件的支撐。在太赫茲通信、多譜成像、物理、化學等眾多應用系統(tǒng)中，對太赫茲波導、開關(guān)、偏振分束器、濾波及功分等功能器件的需求是迫切的。

太赫茲波偏振分束器是一類重要的太赫茲波功能器件，近年來太赫茲波偏振分束器已成為國內(nèi)外研究的熱點和難點。然而現(xiàn)有的太赫茲波偏振分束器大都存在著結(jié)構(gòu)復雜、偏振分束效率低、成本高等諸多缺點，所以研究結(jié)構(gòu)簡單、偏振分束效率高、成本低、尺寸小，具有可調(diào)性能的太赫茲波偏振分束器意義重大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、偏振分束效率高的太赫茲波偏振分束器。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種硅孔陣列結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，包括TE信號輸入端、TM信號輸入端、第一直線波導、第二直線波導、第三直線波導、第一折線波導、第二折線波導、第一耦合區(qū)域、第二耦合區(qū)域、第三耦合區(qū)域、第四耦合區(qū)域、TM信號輸出端、TE信號輸出端、圓形空氣孔、橢圓形空氣孔、正方形空氣孔、鏤空平板；鏤空平板設有呈正方形周期排列的圓形空氣孔，通過移除部分圓形空氣孔得到了第一直線波導、第二直線波導、第三直線波導、第一折線波導，第一耦合區(qū)域和第三耦合區(qū)域均由3個橢圓形空氣孔組成，第二耦合區(qū)域和第四耦合區(qū)域由個正方形空氣孔組成，第一直線波導、第三耦合區(qū)域、第二直線波導、第四耦合區(qū)域、第三直線波導自左到右順次分布，第一耦合區(qū)域的下端與第二直線波導的左端相連，第一耦合區(qū)域的上端與第一折線波導的下端相連，第二耦合區(qū)域的下端與第二直線波導的右端相連，第二耦合區(qū)域的上端與第二折線波導的下端相連，第一直線波導的左端設有TE信號輸入端，第三直線波導的右端設有TM信號輸入端，第一折線波導上端設有TM信號輸出端，第二折線波導的上端設有TE信號輸出端；TE信號輸入端輸入的太赫茲波僅有TE模式能通過第三耦合區(qū)域并從TE信號輸出端輸出，TM模式無法通過第三耦合區(qū)域，TM信號輸入端輸入的太赫茲波僅有TM模式能通過第四耦合區(qū)域并從TM信號輸出端輸出，TE模式無法通過第三耦合區(qū)域。

太赫茲波偏振分束器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)可做如下優(yōu)選：所述的鏤空平板的材料為硅，折射率為3.45。所述的圓形空氣孔的半徑為39～41μm，相鄰的圓形空氣孔之間圓心的距離為119～121μm。所述的橢圓形空氣孔的長軸為99～102μm，短軸為39～41μm，相鄰橢圓形空氣孔中心之間的距離為119～121μm。所述的正方形空氣孔的邊長為83～85μm，相鄰正方形空氣孔中心之間的距離為119～121μm。

本發(fā)明的硅孔陣列結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，偏振分束效率高，尺寸小，體積小，便于制作，可調(diào)等優(yōu)點，滿足在太赫茲波成像、醫(yī)學診斷、太赫茲波通信等領(lǐng)域應用的要求。

附圖說明

圖1是硅孔陣列結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器的二維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是硅孔陣列結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是0.85THz～1THz范圍時TE信號輸出端的輸出功率曲線；

圖4是0.85THz～1THz范圍時TM信號輸出端的輸出功率曲線。

具體實施方式

如圖1和2所示，一種硅孔陣列結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振分束器，包括TE信號輸入端1、TM信號輸入端2、第一直線波導3、第二直線波導4、第三直線波導5、第一折線波導6、第二折線波導7、第一耦合區(qū)域8、第二耦合區(qū)域9、第三耦合區(qū)域10、第四耦合區(qū)域11、TM信號輸出端12、TE信號輸出端13、圓形空氣孔14、橢圓形空氣孔15、正方形空氣孔16、鏤空平板17；鏤空平板17設有呈正方形周期排列的圓形空氣孔14，通過移除部分圓形空氣孔14得到了第一直線波導3、第二直線波導4、第三直線波導5、第一折線波導6，第一耦合區(qū)域8和第三耦合區(qū)域10均由3個橢圓形空氣孔15組成，第二耦合區(qū)域9和第四耦合區(qū)域11由3個正方形空氣孔16組成，第一直線波導3、第三耦合區(qū)域10、第二直線波導4、第四耦合區(qū)域11、第三直線波導5自左到右順次分布，第一耦合區(qū)域8的下端與第二直線波導4的左端相連，第一耦合區(qū)域8的上端與第一折線波導6的下端相連，第二耦合區(qū)域9的下端與第二直線波導4的右端相連，第二耦合區(qū)域9的上端與第二折線波導7的下端相連，第一直線波導3的左端設有TE信號輸入端1，第三直線波導5的右端設有TM信號輸入端2，第一折線波導6上端設有TM信號輸出端12，第二折線波導7的上端設有TE信號輸出端13；TE信號輸入端1輸入的太赫茲波僅有TE模式能通過第三耦合區(qū)域10并從TE信號輸出端13輸出，TM模式無法通過第三耦合區(qū)域10，TM信號輸入端2輸入的太赫茲波僅有TM模式能通過第四耦合區(qū)域11并從TM信號輸出端12輸出，TE模式無法通過第三耦合區(qū)域10。

所述的鏤空平板17的材料為硅，折射率為3.45。所述的圓形空氣孔14的半徑為39～41μm，相鄰的圓形空氣孔14之間圓心的距離為119～121μm。所述的橢圓形空氣孔15的長軸為99～102μm，短軸為39～41μm，相鄰橢圓形空氣孔15中心之間的距離為119～121μm。所述的正方形空氣孔16的邊長為83～85μm，相鄰正方形空氣孔16中心之間的距離為119～121μm。

實施例1

本實施例中，太赫茲波偏振分束器的結(jié)構(gòu)亦如前所述(圖1和2)，具體結(jié)構(gòu)在此不再贅敘。太赫茲波偏振分束器的結(jié)構(gòu)參數(shù)具體為：鏤空平板的材料為硅，折射率為3.45。圓形空氣孔的半徑為39～41μm，相鄰的圓形空氣孔之間圓心的距離為119～121μm。橢圓形空氣孔的長軸為99～102μm，短軸為39～41μm，相鄰橢圓形空氣孔中心之間的距離為119～121μm。正方形空氣孔的邊長為83～85μm，相鄰正方形空氣孔中心之間的距離為119～121μm。圖3是0.85THz～1THz范圍時TE信號輸出端的輸出功率曲線，可以看到僅有從TE信號輸入端輸入的TE模式太赫茲波能從TE信號輸出端輸出，其傳輸效率介于-1.5～-2dB；TE輸入端輸入的TM模式、TM輸入端輸入的TE模式和TM模式的太赫茲波的傳輸效率介于-27.5～-43dB。圖4是0.85THz～1THz范圍時TM信號輸出端的輸出功率曲線，可以看到僅有從TM信號輸入端輸入的TM模式太赫茲波能從TM信號輸出端輸出，其傳輸效率介于-1.5～-2.5dB；TE輸入端輸入的TM模式和TE模式、TM輸入端輸入的TE模式的太赫茲波的傳輸效率介于-30～-43dB，所提出的偏振分束器實現(xiàn)了偏振分束的效果。