一种基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，包括太赫兹波发生器、光子晶体、透镜和探测器，光子晶体为光子晶体，光子晶体斜边旁竖直紧接着凸透镜，太赫兹波发生器发出的入射光从光子晶体的底面向上垂直入射，一部分光发生负折射并折射出光子晶体斜边成为折射光，折射光经过凸透镜的会聚，探测器接收经过凸透镜的出射光。结构简单，体积小，易于集成；基于负折射原理，入射光和出射光不在同一方向，能够有效的减小杂散光的干扰；该太赫兹光开关实现了光路的选择，消光比可达到20dB以上，可满足在太赫兹通信等领域的工作要求；200MHz的太赫兹波线宽即可满足入射光要求，且该开关在21℃到30℃之间均展现了良好的工作特性。
【专利说明】一种基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太赫兹应用技术，特别涉及一种基于光子晶体负折射效应的电控 太赫兹波光开关。
【背景技术】
[0002] 太赫兹波是频率在0· 1?10 THz (波长在30um?3mm，lTHz=1012 Hz)范围内的 电磁波。太赫兹波在传输中能携带更多信息而且对很多材料的穿透性很强，因而广泛的用 于成像和样本分析，同时，太赫兹与物质发生相互作用时是无损的，因而可以用于安检，医 学诊断及生物材料等。此外，利用现代微加工技术，对于THz波段的微结构器件的加工也变 得十分容易。如今，太赫兹的应用在不断的开发研究当中，其广阔的科学前景为世界所公 认。特别是目前人们对于无线通信的要求越来越高，而太赫兹具有频率高，带宽宽，信道数 多等优点，在传输速度上能够达到lOGbps，比现有宽带速度提高了成百甚至上千倍。因此， 太赫兹波段的无线传输具有广阔的应用前景和商业价值。
[0003] 太赫兹波开关是一种非常重要的太赫兹波器件，用于控制太赫兹波的传输。现有 的光开关往往体积庞大，结构复杂，因此有必要设计一种结构简单，尺寸小，消光比高的光 开关以满足未来太赫兹通信的需要。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对现在太赫兹波开关结构复杂的问题，提出了一种基于光子晶体负折 射效应的电控太赫兹波光开关，利用光子晶体的负折射效应，避免了太赫兹波在器件中传 输时光泄漏的影响并实现了光路的选择。
[0005] 本发明的技术方案为：一种基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，包 括太赫兹波发生器、光子晶体、透镜和探测器，光子晶体为光子晶体，光子晶体斜边旁坚直 紧接着凸透镜，太赫兹波发生器发出的入射光从光子晶体的底面向上垂直入射，一部分光 发生负折射并折射出光子晶体斜边成为折射光，折射光经过凸透镜的会聚，探测器接收经 过凸透镜的出射光。
[0006] 所述光子晶体内层由圆柱硅体按照六边形晶格周期性排列，圆柱硅体之间填充有 5CB型液晶，外层通过光电导体薄板密封。所述圆形娃柱的直径的范围为70um?75. 6um， 所述晶格的晶格常数为125um?135um。
[0007] 所述太赫兹波发生器出射太赫兹的频率范围可以为0. 747THZ?0. 752THZ。
[0008] 所述凸透镜的材料为硅且曲面半径为120um。
[0009] 所述探测器采用半导体光功率探头。
[0010] 本发明的有益效果在于：本发明基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开 关，该器件结构简单，体积小，易于集成，且基于负折射原理，入射光和出射光不在同一方 向，能够有效的减小杂散光的干扰问题；该太赫兹光开关实现了光路的选择，消光比可达到 20dB以上，可满足在太赫兹通信等领域的工作要求；200MHz的太赫兹波线宽即可满足入 射光要求，且该开关在21°C到30°C之间均展现了良好的工作特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本发明实施例中的太赫兹光开关的结构示意图； 图2为本发明实施例中的光子晶体的侧面结构示意图； 图3为本发明实施例中的太赫兹光开关效果图； 图4为本发明在实施例中的太赫兹光开关正常工作的太赫兹频率范围图； 图5为本发明在实施例中的太赫兹光开关正常工作的温度区间图。
【具体实施方式】
[0012] 如图1所示太赫兹光开关的结构示意图，太赫兹光开关包括太赫兹波发生器9、光 子晶体5、凸透镜4和两个探测器Pi 10和己11。
[0013] 如图2所示光子晶体的侧面结构示意图，一个直角梯形柱体结构的光子晶体5,该 光子晶体5是将直径为72. 的圆柱硅体7按照六边形晶格周期性排列在其中，晶格常数 为13〇?，其外层通过光电导体薄板8密封而成，其中圆柱硅体7之间填充有5CB型液晶6。
[0014] 光子晶体5斜边后坚直紧接着一个凸透镜4,凸透镜4的材料为硅且曲面半径为 12〇? ;两个探测器Pi 10和P2 11在同一坚直线上上下放置，接收太赫兹波的通道。
[0015] 该太赫兹波光开关的使用方法是：太赫兹波发生器9发出的入射光从光子晶 体5的底面向上垂直入射，入射光束1射到光子晶体5的左斜侧层面上，部分光束发生反 射成为反射光2远离入射光1，另一部分光发生负折射并折射出该层面成为折射光3,由 于5CB型液晶6在各向异性介质中具有双折射特性，当外场电压从IV变为5V时，通过光 电导体薄板8使液晶分子的旋转角从0°变为90°，从而导致5CB型液晶从正常折射率 变化到反常折射率〃+ ，进而影响折射光3从光子晶体5左斜侧面的出射时折射角的变 化，折射光3经过凸透镜4的会聚作用，在不同折射角的情况下，其位于凸透镜4左端的两 个半导体光功率探测器Pi 10和Ρ2 11接收经过透镜4的出射光并测定出各自接收到的光 功率。
[0016] 图3为本发明在实施例中的开关效果图；在入射光频率为0.750ΤΗΖ和光子晶体圆 形硅柱的直径为72. Sum的情况下，从图3中可以看出，Pi 口的光功率随液晶6折射率的增 大而增大，P2 口的光功率随折射率的增大而减小。在/1e, = L 58和77时，太赫兹光开关 的消光比分别达到了 22. 24dB和22. 89dB。
[0017] 本发明的太赫兹波长工作区间如图4所示；太赫兹的频率范围可以为0.747THZ? 0. 752 THz(对应归一化频率0. 324?0. 326)，此范围内太赫兹光开关的消光比可达到20dB 以上。
[0018] 本发明的温度工作区间区间如图5所示，器件的工作环境温度可以为21°C? 30°C，此范围内太赫兹光开关的消光比可达到20dB以上。
[0019] 所述圆形硅柱7的直径的范围为70um?75. 6um。所述晶格的晶格常数为125um? 135um。所述光功率探头为半导体光功率探头。
【权利要求】
1. 一种基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，其特征在于，包括太赫兹波 发生器（9)、光子晶体（5)、透镜（4)和探测器，光子晶体（5)为光子晶体（5)，光子晶体（5) 斜边旁坚直紧接着凸透镜（4)，太赫兹波发生器（9)发出的入射光从光子晶体（5)的底面向 上垂直入射，一部分光发生负折射并折射出光子晶体（5)斜边成为折射光，折射光经过凸透 镜（4)的会聚，探测器接收经过凸透镜（4)的出射光。
2. 根据权利要求1所述基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，其特征在 于，所述光子晶体（5)内层由圆柱硅体（7)按照六边形晶格周期性排列，圆柱硅体（7)之间 填充有5CB型液晶（6)，外层通过光电导体薄板（8)密封。
3. 根据权利要求2所述基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，其特征在 于，所述圆形硅柱（7)的直径的范围为70um?75.6um，所述晶格的晶格常数为125um? 135um〇
4. 根据权利要求1所述基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，其特征在 于，所述太赫兹波发生器（9)出射太赫兹的频率范围可以为0. 747THz?0. 752 THz。
5. 根据权利要求1所述基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，其特征在 于，所述凸透镜（4)的材料为硅且曲面半径为120_。
6. 根据权利要求1所述基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，其特征在 于，所述探测器采用半导体光功率探头。
【文档编号】G02F1/01GK104155777SQ201410450711
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】高伦, 梁斌明, 王婷 申请人:上海理工大学