专利名称：方形螺旋式太赫兹波开关的制作方法
技术领域：
本发明 涉及太赫兹应用技术领域，具体涉及一种方形螺旋式太赫兹波开关。
背景技术：
太赫兹(Terahertz)指频率在O. I IOTHz波段内的电磁波，位于红外和微波之间，处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。早期太赫兹在不同的领域有不同的名称，在光学领域被称为远红外；在电子学领域，则称其为亚毫米波、超微波等。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，它是宏观电磁理论向微观量子理论过渡的区域，也是电子学向光子学的过渡区域。但长期以来，由于缺乏有效的太赫兹产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以至于该波段被称为电磁波谱中“太赫兹空隙”。由于超快光学、半导体、电子学和微加工等技术的发展，太赫兹波的产生和探测技术逐渐成熟，太赫兹技术也逐渐成为世界范围内广泛研究的热点，目前世界上许多国家都积极地开展太赫兹研究。太赫兹波产生和探测技术的发展大大促进了太赫兹技术及其应用的发展。在医疗诊断、产品检测、太赫兹无线通信系统等领域，太赫兹技术都有着广阔的应用前景。目前的无线通信带宽已无法满足人们对高速率无线通信的需求，由于太赫兹波在无线传输速度上可以达到lOGb/s，比当前宽带技术要快几百至一千多倍，因此研发未来的太赫兹波段无线通信系统能够有效地满足信息社会对超宽带高速率的需求，具有广阔的应用前景和实际价值。目前，国际上太赫兹无线通信研究还处于起步阶段，由于其在室内高数据率无线局域网等领域可预见的应用前景，受到世界各国家的高度重视。太赫兹波开关是太赫兹波无线通信技术中关键的一环，不少科学家已开展了对太赫兹波开关装置的研究。但是现有的一些太赫兹波开关往往结构复杂、制作困难、成本较高，不易于集成。因此迫切需要研究出一种结构简单、体积小、易于集成、消光比高的太赫兹波开关来满足太赫兹技术实际应用的需要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种方形螺旋式太赫兹波开关。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下
方形螺旋式太赫兹波开关包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、激光输入端、Y形硅波导、第一直娃波导、方形螺旋线形娃波导、第二直娃波导、第三直娃波导、椭圆娃波导、圆弧形硅波导、第四直硅波导；方形螺旋线形硅波导包括左侧起始硅波导和右侧起始硅波导，左侧起始硅波导和右侧起始硅波导的一端均设有一个四分之一圆弧波导，左侧起始硅波导另一端和右侧起始硅波导另一端相邻向内螺旋形成方形螺旋线形硅波导，方形螺旋线形硅波导的中心位置设有两个反向半圆弧波导，方形螺旋线形硅波导的方形四角均为四分之一圆弧波导，圆弧形硅波导为上下对称结构，它由四分之一圆弧波导、直硅波导、四分之一圆弧波导顺次连接而成，Y形硅波导的上侧分支与第一直硅波导的左端相连，Y形硅波导的下侧分支与第三直娃波导的左端相连，第一直娃波导的右端与左侧起始娃波导一端相连，第二直硅波导的左端与右侧起始硅波导一端相连，圆弧形硅波导的开口向左，圆弧形硅波导的上端与第二直硅波导的右端相连，圆弧形硅波导的下端与第三直硅波导的右端相连，圆弧形硅波导的右侧中间位置与第四直硅波导的左端相连，第三直硅波导的下侧中间位置设有椭圆硅波导，外加激光垂直照射在方形螺旋线形硅波导的所在区域；太赫兹波从太赫兹波输入端输入，在没有外加激光从激光输入端输入的条件下，上侧分支太赫兹波相位延迟180° ,太赫兹波不能从太赫兹波输出端输出，当有外加激光从激光输入端输入时，上下两支太赫兹波的相位相差0°，太赫兹波能从太赫兹波输出端输出，实现对太赫兹波的通断。所述的娃波导的宽度均为IOOMm 150 μ m,高度均为40Mm 50 μ m。所述的Y形娃波导的横向波导长度为200Mm 400 μ m,分支波导长度为200Mm 400 μ m,上下分支之间的夹角为50° 60° ;所述的第一直娃波导长度为200Mm 300 μ m。所述的方形螺旋线形娃波导相邻波导之间的距离为30Mm 50 μ m，方形螺旋线形硅波导的两个反向半圆弧波导和方形四角的四分之一圆弧波导的半径均为IOOMffl ^150 μ m0所述的第二直硅波导、第三直硅波导、第四直硅波导的长度分别为1800Mm 2000ym、3200Mm 3400 μ m、500Mm 600 μ m。所述的椭圆娃波导的长轴为1200Mm 1400 μ m,短轴为600Mm 800 μ m,椭圆娃波导与第三直硅波导之间的距离为20Mm 30μπι。所述的圆弧形硅波导的四分之一圆弧波导的半径为 500Mm 550μπι，直硅波导的长度500Mm 600 μ m。所述的左侧起始硅波导和相邻的右侧起始硅波导的四分之一圆弧波导的半径均为500Mm飞50 μ m，左侧起始硅波导的直波导长度为2000Mm 2100 μ m，右侧起始硅波导的直波导长度为1800Mm 1900 μ m。本发明的方形螺旋式太赫兹波开关具有结构简单紧凑，体积小，易于调节，满足在太赫兹波成像、无损探测、太赫兹通信系统等领域应用要求。
图I是方形螺旋式太赫兹波开关的结构示意 图2是方形螺旋式太赫兹波开关的方形螺旋线形硅波导结构示意 图3是方形螺旋式太赫兹波开关通状态下的性能曲线 图4是方形螺旋式太赫兹波开关断状态下的性能曲线图。
具体实施例方式如图广2所示，方形螺旋式太赫兹波开关，其特征在于包括太赫兹波输入端I、太赫兹波输出端2、激光输入端3、Y形娃波导4、第一直娃波导5、方形螺旋线形娃波导6、第二直娃波导7、第三直娃波导8、椭圆娃波导9、圆弧形娃波导10、第四直娃波导11 ;方形螺旋线形硅波导6包括左侧起始硅波导12和右侧起始硅波导13，左侧起始硅波导12和右侧起始硅波导13的一端均设有一个四分之一圆弧波导，左侧起始硅波导12另一端和右侧起始娃波导13另一端相邻向内螺旋形成方形螺旋线形娃波导,方形螺旋线形娃波导的中心位置设有两个反向半圆弧波导，方形螺旋线形硅波导的方形四角均为四分之一圆弧波导，圆弧形硅波导10为上下对称结构，它由四分之一圆弧波导、直硅波导、四分之一圆弧波导顺次连接而成，Y形硅波导4的上侧分支与第一直硅波导5的左端相连，Y形硅波导4的下侧分支与第三直娃波导8的左端相连,第一直娃波导5的右端与左侧起始娃波导12 —端相连，第二直硅波导7的左端与右侧起始硅波导13 —端相连，圆弧形硅波导10的开口向左，圆弧形硅波导10的上端与第二直硅波导7的右端相连，圆弧形硅波导10的下端与第三直硅波导8的右端相连，圆弧形硅波导10的右侧中间位置与第四直硅波导11的左端相连，第三直硅波导8的下侧中间位置设有椭圆硅波导9，外加激光垂直照射在方形螺旋线形硅波导6的所在区域；太赫兹波从太赫兹波输入端I输入，在没有外加激光从激光输入端3输入的条件下，上侧分支太赫兹波相位延迟180°，太赫兹波不能从太赫兹波输出端2输出，当有外加激光从激光输入端3输入时，上下两支太赫兹波的相位相差0°，太赫兹波能从太赫兹波输出端2输出，实现对太赫兹波的通断。所述的娃波导的宽度均为IOOMm 150 μ m,高度均为40Mm 50 μ m。所述的Y形娃波导4的横向波导长度为200Mm 400 μ m,分支波导长度为200Mm 400 μ m,上下分支之间的夹角为50°飞0° ;所述的第一直硅波导5长度为200Mffl 300μπι。所述的方形螺旋线形硅波导6相邻波导之间的距离为30Mm 50 μ m,方形螺旋线形硅波导6的两个反向半圆弧波导和方形四角的四分之一圆弧波导的半径均为IOOMffl ^150 μ m0所述的第二直硅波导7、第三直硅波导8、第四直硅波导11的长度分别为1800Mm 2000 μ m、3200Mm 3400 μ m、500Mm 600 μ m。所述的椭圆娃波导9的长轴为1200Mm 1400 μ m,短轴为600Mm 800 μ m,椭圆娃波导9与第三直硅波导8之间的距离为20Mm 30μπι。所述的圆弧形硅波导10的四分之 一圆弧波导的半径为500Mm 550μπι，直硅波导的长度500Mm 600 μ m。所述的左侧起始硅波导12和相邻的右侧起始硅波导13的四分之一圆弧波导的半径均为500Mm飞50 μ m，左侧起始硅波导12的直波导长度为2000Mm 2100 μ m，右侧起始硅波导13的直波导长度为1800μιτι 1900 μ mD实施例I
方形螺旋式太赫兹波开关
硅波导的宽度均为lOOMm，高度均为40Mm。Y形硅波导的横向波导长度为400 μ m，分支波导长度为400 μ m,上下分支之间的夹角为60° ;第一直娃波导长度为300 μ m。方形螺旋线形硅波导相邻波导之间的距离为50 μ m，方形螺旋线形硅波导的两个反向半圆弧波导和方形四角的四分之一圆弧波导的半径均为lOOMm。第二直硅波导、第三直硅波导、第四直硅波导的长度分别为1800Mm、3200Mm、600ym。椭圆硅波导的长轴为1200Mm，短轴为800 μ m，椭圆硅波导与第三直硅波导之间的距离为20Mm。圆弧形硅波导的四分之一圆弧波导的半径为500Mm，直硅波导的长度500Mm。左侧起始硅波导和相邻的右侧起始硅波导的四分之一圆弧波导的半径均为500Mm，左侧起始硅波导的直波导长度为2000Mm，右侧起始硅波导的直波导长度为1800Mm。当频率为0. 65THz的太赫兹波从太赫兹波输入端输入时，在没有外加激光从激光输入端输入的条件下，上下两支太赫兹波的相位相差180°，太赫兹波不能从太赫兹波输出端输出；当有外加激光从激光输入端输入时，上下两支太赫兹波的相位相差0°，太赫兹波能从太赫兹波输出端输出。方形螺旋式太赫兹波开关通、断状态下的性能曲线如图3和图4所示，当有外加激光垂直照射方形螺旋线形硅波导的所在区域时，频率f=0. 65THz的太赫兹波的传输率高达0. 98，开关表现为通；当无外加激光照射时，频率f=0. 65THz的太赫兹波的传输率仅为0. 015，开关表现为断；这说明设计的方形螺旋式太赫兹波开关可以实现对频率为0. 65THz的太赫兹波的快速通断，而且具有优良的性能。
权利要求
1.一种方形螺旋式太赫兹波开关，其特征在于包括太赫兹波输入端(I)、太赫兹波输出端(2)、激光输入端(3)、Y形娃波导(4)、第一直娃波导(5)、方形螺旋线形娃波导(6)、第二直硅波导(7)、第三直硅波导(8)、椭圆硅波导(9)、圆弧形硅波导(10)、第四直硅波导(11);方形螺旋线形硅波导(6)包括左侧起始硅波导(12)和右侧起始硅波导(13)，左侧起始硅波导(12)和右侧起始硅波导(13)的一端均设有一个四分之一圆弧波导，左侧起始硅波导(12)另一端和右侧起始硅波导(13)另一端相邻向内螺旋形成方形螺旋线形硅波导，方形螺旋线形硅波导的中心位置设有两个反向半圆弧波导，方形螺旋线形硅波导的方形四角均为四分之一圆弧波导，圆弧形硅波导(10)为上下对称结构，它由四分之一圆弧波导、直硅波导、四分之一圆弧波导顺次连接而成，Y形硅波导(4)的上侧分支与第一直硅波导(5)的左端相连，Y形娃波导(4)的下侧分支与第三直娃波导(8)的左端相连,第一直娃波导(5)的右端与左侧起始硅波导(12) —端相连，第二直硅波导(7)的左端与右侧起始硅波导(13) 一端相连，圆弧形娃波导(10)的开口向左，圆弧形娃波导(10)的上端与第二直娃波导(7)的右端相连，圆弧形娃波导(10)的下端与第三直娃波导(8)的右端相连，圆弧形娃波导(10)的右侧中间位置与第四直硅波导(11)的左端相连，第三直硅波导(8)的下侧中间位置设有椭圆硅波导(9)，外加激光垂直照射在方形螺旋线形硅波导(6)的所在区域；太赫兹波从太赫兹波输入端(I)输入，在没有外加激光从激光输入端(3)输入的条件下,上侧分支太赫兹波相位延迟180°，太赫兹波不能从太赫兹波输出端(2)输出，当有外加激光从激光输入端(3)输入时，上下两支太赫兹波的相位相差0°，太赫兹波能从太赫兹波输出端(2)输出，实现对太赫兹波的通断。
2.如权利要求I所述的一种方形螺旋式太赫兹波开关，其特征在于所述的硅波导的宽度均为IOOMm 150 μ m,高度均为40Mm 50 μ m。
3.如权利要求I所述的一种方形螺旋式太赫兹波开关，其特征在于所述的Y形硅波导(4)的横向波导长度为200Mm 400 μ m,分支波导长度为200Mm 400 μ m,上下分支之间的夹角为50° 60° ;所述的第一直硅波导(5)长度为200Mm 300μπι。
4.如权利要求I所述的一种方形螺旋式太赫兹波开关，其特征在于所述的方形螺旋线形硅波导(6)相邻波导之间的距离为30Mm 50 μ m，方形螺旋线形硅波导(6)的两个反向半圆弧波导和方形四角的四分之一圆弧波导的半径均为IOOMffl ^150 μ m0
5.如权利要求I所述的一种方形螺旋式太赫兹波开关，其特征在于所述的第二直硅波导(7)、第三直硅波导(8)、第四直硅波导(11)的长度分别为1800μπι 2000 μ m、3200Mm 3400 μ πκδΟΟμιη 600 μ m。
6.如权利要求I所述的一种方形螺旋式太赫兹波开关，其特征在于所述的椭圆硅波导(9)的长轴为1200Mm 1400 μ m，短轴为600Mm 800 μ m，椭圆硅波导(9)与第三直硅波导(8)之间的距离为20Mm 30μπι。
7.如权利要求I所述的一种方形螺旋式太赫兹波开关，其特征在于所述的圆弧形硅波导(10)的四分之一圆弧波导的半径为500Mm 550 μ m,直娃波导的长度500Mm 600 μ m。
8.如权利要求I所述的一种方形螺旋式太赫兹波开关，其特征在于所述的左侧起始硅波导(12)和相邻的右侧起始硅波导(13)的四分之一圆弧波导的半径均为500Mm飞50 μ m,左侧起始硅波导(12)的直波导长度为2000Mm 2100 μ m，右侧起始硅波导(13)的直波导长度为 1800Mm 1900 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种方形螺旋式太赫兹波开关。它包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、激光输入端、Y形硅波导、第一直硅波导、方形螺旋线形硅波导、第二直硅波导、第三直硅波导、椭圆硅波导、圆弧形硅波导、第四直硅波导；外加激光垂直照射在方形螺旋线形硅波导的所在区域，太赫兹波从太赫兹波输入端输入，在没有外加激光输入的条件下，上下两支太赫兹波的相位相差180°，太赫兹波不能从太赫兹波输出端输出，当有外加激光输入时，上下两支太赫兹波的相位相差0°，太赫兹波能从太赫兹波输出端输出，实现对太赫兹波的通断。本发明具有结构简单紧凑，体积小，易于调节，满足在太赫兹波成像、无损探测、太赫兹通信系统等领域应用要求。
文档编号G02F1/01GK102928998SQ20121044997
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者李九生 申请人:中国计量学院