一种太赫兹波导耦合器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种太赫兹波导耦合器，它包括输入锥形波导，输出耦合波导，太赫兹发射器固定台；其特点为：太赫兹发射器固定台分设二个台阶，其低阶中部垂直设有一锥形通孔；高阶临近与低阶相接处的边部与其平行开有两个上下对应的通孔；输入波导为锥筒状输入波导，其穿设于太赫兹发射器固定台的锥形通孔内；锥筒状输入波导大直径端为其输入端面，小直径端为其输出端面；输出耦合波导位于该锥筒状输入波导输出端面的外侧且与其一体成型；输出耦合波导的轴线与锥筒状输入波导轴线重合。具有耦合效率高，集成度高，可适应多种端面尺寸波导的特点；其结构简单，易于加工，可广泛应用于太赫兹波导的测试及应用研究中。
【专利说明】一种太赫兹波导耦合器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太赫兹波导耦合器，具体讲是一种将太赫兹发射器产生的太赫兹辐射波耦合进各种端面形状的太赫兹波导耦合器。
【背景技术】
[0002]太赫兹是指频率段在0.1THz到1THz的电磁辐射波。太赫兹波由于具有瞬态性、低能性和相干性等独特性质，在无损检测、卫星通信、军用雷达、医疗卫生等众多领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。这其中，太赫兹波导作为传输太赫兹波的有效手段，是研究物质太赫兹光谱、进行物质检测和探测的关键器件。
[0003]如何高效率的将太赫兹辐射波耦合进入太赫兹波导已成为国内外研究的重点。目前，国内外比较流行的方法是利用透镜组将太赫兹波收集并汇聚进波导，但这种方法产生的太赫兹汇聚光斑较大，且耦合效率较低，损耗过大。
【发明内容】
[0004]为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有高耦合效率、多类型波导接入、并集成了太赫兹发射器固定台的一体化太赫兹波导耦合器。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种太赫兹波导耦合器，其特点为:它包括输入波导、输出耦合波导和一长方体台阶状的太赫兹发射器固定台；其中，太赫兹发射器固定台分为2个台阶，其低阶的中部沿其阶面垂直开设有一锥形通孔；高阶临近与低阶相接处的边部与该锥形通孔平行开有2个上下分布且间隔设置的盲孔；所述输入波导为锥筒状输入波导，其穿设于所述锥形通孔内；该锥筒状输入波导的大口径端为其输入端面，小口径端为其输出端面；所述输出耦合波导位于该锥筒状输入波导输出端面的外侧且与其一体成型；输出耦合波导的轴心与锥筒状输入波导的轴心重合。
[0006]上述锥筒状输入波导的长度为15mm-30mm，其锥角的角度为10°?40° ;锥筒状输入波导的输入端面的直径为Imm?20mm,输出端面的直径为0.1mm?2mm。
[0007]2个盲孔的孔径相同，均为3mm ；2个盲孔各自轴线的间隔距离为1mm ;每个盲孔内设有螺纹，其螺纹的牙距为0.5mm，盲孔的深度为10-12mm;2个盲孔轴线的垂直中分线延长与锥筒状输入波导的轴线垂直相交，其间距为20mm。
[0008]上述太赫兹发射器固定台的长度为30mm-60mm,宽度为15mm-30mm,高度与宽度相同；其低阶的厚度与上述锥筒状输入波导的长度相同；高阶的厚度比低阶的厚度要厚2-5mm。
[0009]上述的输出耦合波导为由空心圆柱体、空心矩形立方体或一对互为平行且相对设置的平板构成。
[0010]其中，输出耦合波导为空心圆柱体时，其空心圆柱体的长度为I?10mm，内径为
0.2~1 mm ;壁厚为 0.1 ?1mm。
[0011]输出耦合波导为空心矩形立方体时，其长度为I?10mm，内径的宽度与高度相同，均为0.1?2mm,壁厚为0.1?1mm。
[0012]输出耦合波导为一对互为平行且相对设置的平板输出耦合波导时，2个平板的大小规格相同，每块平板的长度为I?1mm,宽度为2?20mm,厚度为0.1?Imm ；2个平板之间的间距为0.1?2mm。
[0013]本发明的太赫兹波导耦合器所用的材料可选用铝、铁或铜中任一种。
[0014]由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下:1)输入锥形波导的设计可以完全将太赫兹发射器产生的太赫兹辐射波进行收集，并汇聚至锥形波导的输出端面；2)耦合输出波导与锥形波导的输出端面相连，并且耦合输出波导的结构可以为圆柱体、矩形长方体、或者是一对互相平行的平板，这样设计可以实现对接不同端口尺寸和形状的太赫兹波导，极大拓展了耦合器的使用范围，提升了灵活性；3)将太赫兹发射器固定在波导耦合器的固定台上，这样设计可以将太赫兹发射器产生的太赫兹辐射波进行完全收集，进一步提升了波导耦合器的耦合效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明实例一立体结构示意图。
[0016]图2为图1A-A向剖面结构示意图。
[0017]图3为图1B向结构示意图。
[0018]图4为本发明实例二、实例三的立体结构示意图。
[0019]图5为图4C向实例二的结构示意图。
[0020]图6为图4C向实例三的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]本发明的太赫兹波导耦合器，它包括输入波导、输出耦合波导和一长方体台阶状的太赫兹发射器固定台；其中，太赫兹发射器固定台分为2个台阶，其低阶的中部沿其阶面垂直开设有一锥形通孔；高阶临近与低阶相接处的边部与该锥形通孔平行开有2个上下分布且间隔设置的盲孔；所述输入波导为锥筒状输入波导，其穿设于所述锥形通孔内；该锥筒状输入波导的大口径端为其输入端面，小口径端为其输出端面；所述输出耦合波导位于该锥筒状输入波导输出端面的外侧且与其一体成型；输出耦合波导的轴心与锥筒状输入波导的轴心重合。
[0022]上述锥筒状输入波导的长度为15mm-30mm，其锥角的角度为10°?40° ;锥筒状输入波导的输入端面的直径为Imm?20mm,输出端面的直径为0.1mm?2mm。
[0023]2个盲孔的孔径相同，均为3mm ；2个盲孔各自轴线的间隔距离为1mm ;每个盲孔内设有螺纹，其螺纹的牙距为0.5mm，盲孔的深度为10-12mm ;2个盲孔轴线的垂直中分线延长与锥筒状输入波导的轴线垂直相交，其间距为20mm。
[0024]上述太赫兹发射器固定台的长度为30mm-60mm,宽度为15mm-30mm,高度与宽度相同；其低阶的厚度与上述锥筒状输入波导的长度相同；高阶的厚度比低阶的厚度要厚2-5mm。
[0025]上述的输出耦合波导为由空心圆柱体、空心矩形立方体或一对互为平行且相对设置的平板构成。
[0026]其中，输出耦合波导为空心圆柱体时，其空心圆柱体的长度为I?10mm，内径为
0.2~1 mm ;壁厚为 0.1 ?1mm。
[0027]输出耦合波导为空心矩形立方体时，其长度为I?10mm，内径的宽度与高度相同，均为0.1?2mm,壁厚为0.1?1mm。
[0028]输出耦合波导为一对互为平行且相对设置的平板时，2个平板的大小规格相同，每块平板的长度为I?1mm,宽度为2?20mm,厚度为0.1?Imm ；2个平板之间的间距为
0.1 ?2mm。
[0029]本发明的太赫兹波导耦合器所用的材料可选用铝、铁、铜或合金材料中任一种。
[0030]以下通过实例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0031]实例一:
[0032]如图1、图2、图3所示，本发明的太赫兹波导耦合器，由一个长方体LY12铝合金块加工而成；其结构包括输入波导，输出耦合波导2，太赫兹发射器固定台3组装而成；其中，太赫兹发射器固定台3分设为2个台阶，2个台阶的宽度相同，其低阶的中部沿其阶面垂直开设有一锥形通孔；高阶临近与低阶相接处的边部与该锥形通孔平行开有2个上下分布且间隔设置的盲孔；所装的输入波导为锥筒状输入波导1，其穿设于锥形通孔内；该锥筒状输入波导I的大口径端为其输入端面11，其直径为20mm ;小口径端为其输出端面12，直径为2mm，也可根据实际使用需要设定为I?1mm ;锥筒状的锥角为25° ;输出耦合波导2为空心圆柱体，该空心圆柱体输出耦合波导21位于锥筒状输入波导I输出端面12的外侧且与其一体成型；空心圆柱体输出耦合波导21的轴心与锥筒状输入波导I的轴心重合。
[0033]本实例中，空心圆柱体输出I禹合波导21的长度为4mm,其内径与锥筒状输入波导I的输出端面12的内径相同，为2mm,壁厚为0.4mm ；
[0034]太赫兹发射器固定台3的长度为30mm ;宽度为15mm ;高度为20mm ;其中，2个盲孔的孔径相同，均为3mm ;该盲孔的深度为Ilmm ;根据太赫兹发射器固定台设定的要求，其盲孔的深度还可以是10-12mm ;盲孔内螺纹的牙距为0.5mm，2个盲孔各自轴心线的垂直间距为1mm ;2个盲孔中心连线的垂直中分线与输入锥形波导I的轴心线垂直相交，其间距为20mm ;太赫兹发射器固定台3开设盲孔的高阶台面的厚度比安装锥筒状输入波导I的低阶厚度厚出2mm。
[0035]实例二:
[0036]如图4、图5所示，本实例中的太赫兹波导耦合器，其锥筒状输入波导1，输出耦合波导，太赫兹发射器固定台3的成型方式均与实例一相同，锥筒状输入波导I与输出耦合波导的轴线互相重合。
[0037]本实例中所用材料基本与实例一相同，在此不再赘述。
[0038]其不同点在于:所用的输出耦合波导结构不同，为空心矩形立方体构成:其空心矩形立方体输出耦合波导22的内径位于锥筒状输入波导I的输出端口 12外侧的周边且为一体成型；该空心矩形立方体输出耦合波导22的长度为4mm，其内径为矩形，其矩形的宽度和高度的尺寸相同，均为2_，壁厚为0.4mm ;该空心矩形立方体输出耦合波导21的长度还可根据锥筒状输入波导I设计的大小设定为I?10mm，空心矩形立方体的内径，其宽度与高度相同，均为0.1?2mm,壁厚为0.1?1mm。
[0039]实例三:
[0040]如图4、图6所示，本发明的太赫兹波导耦合器，其锥筒状输入波导1，输出耦合波导，太赫兹发射器固定台3的成型方式相同，锥筒状输入波导I与输出耦合波导的轴线互相重合。
[0041]本实例中的结构和所用材料基本与实例一相同，在此不再赘述。
[0042]其不同点在于:所用的输出I禹合波导为平板输出I禹合波导23,该平板输出f禹合波导23为一对上下设置且相互平行的平板构成:其平板的内侧边位于锥筒状输入波导I的输出端面12外径的上下处；该平板输出耦合波导23中，2块平板的大小规格相同；每块平板的长度为4mm,宽度为1mm,厚度为0.4mm ；2块平板之间的垂直距离为2mm。
[0043]当锥筒状输入波导I的锥筒状尺寸依据太赫兹波导耦合器低阶开设的锥形通孔大小变化时，平板输出耦合波导23每块平板的规格还可在长度I?10mm，宽度2?20mm，厚度0.1?Imm的范围内根据需要设定；2个平板之间的间距在0.1?2mm范围内设定。
[0044]本发明的太赫兹波导耦合器是一种高耦合效率、多类型波导接入、并集成了太赫兹发射器固定台的一体化太赫兹波导耦合器。
[0045]其工作原理如下:太赫兹波导耦合器是将自由空间传播的太赫兹波耦合进入太赫兹波导的器件。首先，在自由空间传播的太赫兹波会进入波导耦合器中锥筒形波导的输入端面；其次，由于输入锥形波导的锥形结构设计，太赫兹波会被限制在这部分波导内，并通过这个锥形波导的输出端面出射，进入到输出耦合波导；最后，通过这个最后的输出耦合波导，将太赫兹波的传播进一步约束，并送入太赫兹波导内。太赫兹波导将于这最后一段输出耦合波导进行嵌入式连接，通过设计输出偶和波导的外径使其小于太赫兹波到的内径，以达到太赫兹波导外插入这最后一段输出偶和波导的效果。整个约束原理是利用光在波导耦合器内的镜面全反射来达到的。
[0046]整体结构设计的太赫兹波导耦合器，其优势在于:通过固定台上的两个盲孔可以将整个耦合器进行固定；输出耦合波导的可以设计成多种形状，用以满足后面接入的太赫兹波导的尺寸。利用镜面全反射原理约束太赫兹波，已达到汇聚输出的效果，这样做可以有效减少太赫兹波能量的损失。
【权利要求】
1.一种太赫兹波导I禹合器，其特征在于:它包括输入波导(I)、输出I禹合波导(2)和一长方体台阶状的太赫兹发射器固定台(3);其中，太赫兹发射器固定台(3)分为二个台阶，其低阶的中部沿其阶面垂直开设有一锥形通孔；高阶临近与低阶相接处的边部与该锥形通孔平行开有2个上下分布且间隔设置的盲孔；所述输入波导为锥筒状输入波导(1)，其穿设于所述锥形通孔内；所述锥筒状输入波导(I)的大口径端为其输入端面(11)，小口径端为其输出端面(12);所述输出耦合波导(2)位于该锥筒状输入波导(I)输出端面的外侧且与其一体成型；所述输出耦合波导(2)的轴心与所述锥筒状输入波导(I)的轴心重合。
2.根据权利要求1所述太赫兹波导耦合器，其特征在于:所述锥筒状输入波导(I)的长度为15mm-30mm,其锥角的角度为10°?40° ;所述输入端面(11)的直径为Imm?20mm;所述输出端面(12)的直径为0.1mm?2mm。
3.根据权利要求2所述太赫兹波导耦合器，其特征在于:2个所述盲孔的孔径相同，均为3mm ;2个盲孔各自轴线的间隔距离为1mm ;每个盲孔内设有螺纹，其螺纹的牙距为0.5_，盲孔的深度为10-12_ ；2个所述盲孔轴线的垂直中分线延长与所述锥筒状输入波导(I)的轴线垂直相交，其间距为20mm。
4.根据权利要求3所述太赫兹波导耦合器，其特征在于:所述太赫兹发射器固定台(3)的长度为30mm-60mm，宽度为15mm-30mm，高度与宽度相同；其低阶的厚度与所述锥筒状输入波导(I)的长度相同；所述高阶的厚度比所述低阶的厚度厚2-5mm。
5.根据权利要求1一 4任一项所述太赫兹波导耦合器，其特征在于:所述输出耦合波导(2)为由空心圆柱体、空心矩形立方体或一对互为平行且相对设置的平板构成。
6.根据权利要求5所述太赫兹波导耦合器，其特征在于:所述输出耦合波导(2)为空心圆柱体输出耦合波导(21)，其空心圆柱体的长度为I?10mm，内径为0.2-lmm ;壁厚为0.1 ?Imnin
7.根据权利要求5所述太赫兹波导耦合器，其特征在于:所述输出耦合波导(2)为空心矩形立方体输出耦合波导(22)，其长度为I?10mm，其内径的宽度与高度相同，均为0.1?2mm,壁厚为0.1?1mm。
8.根据权利要求5所述太赫兹波导耦合器，其特征在于:所述输出耦合波导(2)为一对互为平行且相对设置的平板输出耦合波导(23);其中，2个平板的大小相同，每块平板的长度为I?1mm,宽度为2?20mm,厚度为0.1?Imm ；2个平板之间的间距为0.1?2mm。
【文档编号】H01P5/18GK104051836SQ201410256767
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】陈天霁, 和挺, 沈京玲, 张波 申请人:首都师范大学