基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置及切换方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太赫兹波通信领域，具体涉及一种基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置及切换方法。
【背景技术】
[0002]太赫兹(THz)波是位于微波和远红外线之间的电磁波。近年来，随着超快激光技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，从此使得人们能够研宄太赫兹。太赫兹在生物医学、安全监测、无损伤探测、天文学、光谱与成像技术以及信息科学等领域有着广泛的应用。而太赫兹波段的开发和利用离不开太赫兹功能器件，太赫兹带阻波导是太赫兹应用的一种基本的功能器件，也是太赫兹检测领域的重要器件之一。良好的滤波效果代表了高信噪比和高灵敏度。
[0003]表面等离子体在太赫兹波段的广泛研宄为高性能太赫兹滤波器件的应用提供了极大的可能性(J.Appl.Phys.107(11)，111101，2010)。但是，在金属表面激发的表面等离子体激元十分微弱，无法满足需求(Progress in quantum electronics, 32 (I)，1-41，2008)。2014年，陈麟等人(Opt.Lett.39 (15)，4541-4544，2014)提出了单槽平行平板结构的太赫兹带阻滤波器件，利用单个槽的高阶腔模实现了高性能太赫兹多通道带阻滤波器件。但其不足在于，它不能实现滤波频率的切换。
【发明内容】
[0004]本发明是为解决上述问题而进行的，通过提供一种基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置，实现滤波频率的跳变。
[0005]本发明采用了如下技术方案:
[0006]本发明提供的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置，具有这样的技术特征，包括:太赫兹波发射部，用于发射太赫兹波；棱镜部，设置于太赫兹波的光路上，入射面和太赫兹波发射部相对，用于接收太赫兹波，并传导太赫兹波；光栅部，设置于棱镜部反射面的下方，和棱镜部间隔一定间距，用于耦合太赫兹波，包括复数个相间排列的第一凹槽以及第二凹槽；位移台部，分别和棱镜部以及光栅部连接，用于调节棱镜部与光栅部之间的间距；以及太赫兹波接收部，和棱镜部中的出射面相对，用于接收透过该斜面的太赫兹波。其中，第一凹槽和第二凹槽的槽深不同；太赫兹波以消逝波的形式被耦合进光栅部中；位移台部调节棱镜部与光栅部之间的间距，用于不同频率的消逝波被耦合进光栅部中，实现太赫兹波通信频率的切换。
[0007]本发明提供的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置，还可以具有这样的技术特征:棱镜部为梯形棱镜。
[0008]本发明提供的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置，还可以具有这样的技术特征:第一凹槽和第二凹槽的深度比为1.5:1?5:1。
[0009]本发明提供的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置，还可以具有这样的技术特征:棱镜部和光栅部之间的间距70 μπι?700 μm。
[0010]本发明提供的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置，还可以具有这样的技术特征:第一凹槽和第二凹槽的表面为金属膜，金属膜为铝、铜、银、铁、镍、钛、金、锌及其合金中的任意一种，金属膜的厚度大于400nm。
[0011]本发明提供的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置，还可以具有这样的技术特征:第一凹槽和第二凹槽内填充:非导电的气体、液体、胶体及粉末中的任意一种。
[0012]本发明提供的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置，还可以具有这样的技术特征:位移台部包括第一位移台部以及第二位移台部，第一位移台部和棱镜部连接，用于调节棱镜部的位置，第二位移台部和光栅部连接，用于调节光栅部和棱镜部之间的间距。第一位移台部和第二位移台部的结构相同，均包括水平位移台以及竖直位移台。
[0013]进一步的，本发明还提供了一种基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置进行通信频率切换的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0014]步骤一，采用太赫兹波发射部向棱镜部的发射面发射太赫兹波，发射面将太赫兹波折射入棱镜部内部；步骤二，采用棱镜部的反射面对太赫兹波进行反射，太赫兹波以消逝波的形式耦合进光栅部中，在光栅部表面形成表面等离子体波，并在凹槽阵列中进行传输，采用太赫兹波接收部将未被耦合入光栅部中的太赫兹波接收；步骤三，采用位移台部调节透镜部和光栅部之间的间距，实现太赫兹波通信频率的切换。
[0015]发明作用与效果
[0016]根据本发明提供的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置，由于光栅部和棱镜部间隔一定的间距，该间距作为消逝波的传输通道，通过调节间距的大小即可实现不同频率的太赫兹波以消逝波的形式被耦合到光栅部的表面，并在该表面形成表面等离子体波，使得本发明提供的太赫兹波通信频率切换装置能够实现滤波频率的跳变。同时，由于光栅部设置有不同槽深的第一凹槽以及第二凹槽，表面等离子体波在凹槽阵列传输时，通过两种凹槽的耦合作用，可形成两种不同频段的表面等离子体波，可根据实际应用情况选择相应频率的表面等离子体波。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置的结构示意图；
[0018]图2是本发明的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置的原理图；
[0019]图3是本发明的光栅部的结构示意图；
[0020]图4是本发明的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置进行太赫兹波通信频率切换的流程图；
[0021]图5是本发明的一个基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置的传输特性效果图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图来说明本发明的【具体实施方式】。
[0023]图1是本实施例的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置的结构示意图。
[0024]图2是本实施例的基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置的原理图。
[0025]如图1和图2所示，基于棱镜结构的太赫兹波通信频率切换装置100包括棱镜部1、光栅部2、太赫兹波发射部3、太赫兹波接收部4以及位移台部5。光栅部2位于棱镜部I的下方，太赫兹发射部3以及太赫兹接收部4分别位于棱镜部I的左右两侧；位移台部5分别和棱镜部I和光栅部2连接，用于调节二者之间的间距。
[0026]棱镜部I为梯形棱镜，包括入射面、出射面以及反射面，光栅部2和棱镜部I的反射面间隔一定间距，太赫兹发射部3以及太赫兹接收部4分别和棱镜部I的入射面以及出射面相对，用于向棱镜部I发射太赫兹波信号以及接收从棱镜部穿过的太赫兹波。本实施例中，棱镜部I和光栅部2之间的间距的尺寸为70?700 μπι。
[0027]图3是本实施例光栅部的结构示意图。
[0028]如图2和图3所示，光栅部2为具有凹槽结构的光阻板，光阻板上设置有相间排列且深度不同的第一凹槽21以及第二凹槽22，两个凹槽的表面均镀有一层厚度大于400nm的金属膜，用于实现太赫兹波在凹槽阵列中的传输。本实施例中，金属膜为由铝、铜、银、铁、镲、钛、金、锌及其合金中的任意一种制成的薄膜。
[0029]一个第一凹槽21和与之相邻的第二凹槽22共同组成了光栅部的一个传导单元。传导单元的宽度、两个凹槽的槽宽、槽深以及两槽之间的间距均处于微米级。本实施例中，传导单元的宽度P为50 μπι?300 μm，两个凹槽的槽宽为20?280 μm，第一凹槽和第二凹槽的槽深比例为1.5:1?5:1，槽深尺寸的范围为20?280 μπι。
[0030]同时，第一凹槽和第二凹槽内可填充有非导电的气体、液体、胶体及粉末中的任意一种。<