太赫兹波高速温控开关装置的制作方法

本实用新型涉及太赫兹波应用技术领域，具体涉及一种太赫兹波开关装置。

背景技术：

太赫兹(THz，1THz＝10¹²Hz)波是指频率从0.1THz到10THz，波长为3mm到30um，其频段介于毫米波与红外光之间频谱范围的电磁波谱区域。太赫兹所处波谱中独特频段使其不仅同时微波及光波的一些特征，同时它还有具有一些独特的特点：(1)强穿透性：太赫兹能够低损耗透过电介质及非极性物体的特性使得它能够对陶瓷非透明介质透视成像，同时太赫兹波是浓烟或者风尘等低可见度环境中成像的理想光源，可用于沙漠、雾霾天气等场合。(2)低能量性：频率在1THZ电磁波所具有的能量仅仅在毫电子伏特数量级，因此不会导致光致电离，因此可以放心地应用于生物样品的检测及旅客的安检。(3)光谱分辨能力强：虽然太赫兹拥有非常小的光子能量，却囊括了许多光谱信息。太赫兹此频段具有明显的吸收及色散特性。太赫兹技术在物理学、化学、天文学、环境科学、气体检测、生物医学检测、通信等学科领域展示出巨大的应用前景。

太赫兹波开关对于整个太赫兹波通信系统是一种非常关键的功能器件。太赫兹波开关好坏直接影响整个太赫兹通信系统的质量，但是现有的太赫兹波开关存在着开关响应速度慢、结构复杂、制作困难、价格昂贵等不足，所以研究小型化、高性能、成本低的高速太赫兹波温控开关意义重大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种太赫兹波高速温控开关装置，技术方案如下：

太赫兹波高速温控开关装置包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、太赫兹波探测器、半圆柱形高阻硅棱镜、空气介质层、光栅表面金属层、高阻硅；光栅表面金属层的槽内填充有高阻硅，半圆柱形高阻棱镜下表面设有空气介质层，空气介质层下方设有光栅表面金属层，半圆柱形高阻硅棱镜的左上端设有太赫兹波输入端，右上端设有太赫兹波输出端，太赫兹波探测器位于太赫兹波输出端的右上端，太赫兹波从太赫兹波输入端输入，进入半圆柱形高阻硅棱镜，经反射后从太赫兹波输出端输出，由太赫兹波探测器探测输出的太赫兹波。太赫兹波以35°角度从太赫兹波输入端入射，当高阻硅的温度为25℃时，其折射率为3.45，棱镜结构产生伪表面等离子体共振，能量大部分在光栅表面金属层与空气介质层传输，反射至太赫兹波输出端输出的太赫兹波极少，几乎为0，此时太赫兹波探测器探测不到输出的太赫兹波；当加热高阻硅至温度为65℃时，其折射率变化为3.4596，从太赫兹波输入端入射的太赫兹波反射至太赫兹波输出端输出，太赫兹波探测器能够探测到输出的太赫兹波，从而实现温控开关的效果。

所述的半圆柱形高阻硅棱镜4的半径为10～20mm。所述的空气介质层(5)的厚度为280～285μm。所述的光栅表面金属层(6)的厚度为170～180μm，其上的矩形开槽之间的间距为60～65μm，开槽深度为70～75μm，开槽宽度为25～30μm。所述的高阻硅7的厚度为70～75μm，宽度为25～30μm。

附图说明：

图1是太赫兹波高速开关装置的平面结构示意图；

图2是当外界温度变化时，太赫兹波高速开温控关结构的反射率图。

具体实施方式

如图1所示，太赫兹波高速温控开关包括太赫兹波输入端1、太赫兹波输出端2、太赫兹波探测器3、半圆柱形高阻硅棱镜4、空气介质层5、光栅表面金属层6、高阻硅7；光栅表面金属层6的槽内填充有高阻硅7，半圆柱形高阻棱镜4下表面设有空气介质层5，空气介质层5下方设有光栅表面金属层6，半圆柱形高阻硅棱镜4的左上端设有太赫兹波输入端1，右上端设有太赫兹波输出端2，太赫兹波探测器3位于太赫兹波输出端2的右上端，太赫兹波从太赫兹波输入端1输入，进入半圆柱形高阻硅棱镜4，经反射后从太赫兹波输出端2输出，由太赫兹波探测器3探测输出的太赫兹波。太赫兹波以35°角度从太赫兹波输入端1入射，当高阻硅7的温度为25℃时，其折射率为3.45，棱镜结构产生伪表面等离子体共振，能量大部分在光栅表面金属层6与空气介质层传输5，反射至太赫兹波输出端2输出的太赫兹波极少，几乎为0，此时太赫兹波探测器3探测不到输出的太赫兹波；当加热高阻硅7至温度为65℃时，其折射率变化为3.4596，从太赫兹波输入端1入射的太赫兹波反射至太赫兹波输出端2输出，太赫兹波探测器3能够探测到输出的太赫兹波，从而实现温控开关的效果。

所述的半圆柱形高阻硅棱镜4的半径为10～20mm。所述的空气介质层5的厚度为280～285um。所述的光栅表面金属层6的厚度为100～105um。所述的高阻硅7的厚度为70～75um，宽度为25～30um。所述的周期性矩形开槽8的一个周期长度为60～65um、槽深70～75um、槽口宽度25～30um。

实施例1

1THz频率太赫兹波高速温控开关装置：

选择太赫兹通信用的太赫兹波频率为1THz。如图1所示，太赫兹波高速温控开关包括太赫兹波输入端1、太赫兹波输出端2、太赫兹波探测器3、半圆柱形高阻硅棱镜4、空气介质层5、光栅表面金属层6、高阻硅7；光栅表面金属层6的槽内填充有高阻硅7，半圆柱形高阻棱镜4下表面设有空气介质层5，空气介质层5下方设有光栅表面金属层6，半圆柱形高阻硅棱镜4的左上端设有太赫兹波输入端1，右上端设有太赫兹波输出端2，太赫兹波探测器3位于太赫兹波输出端2的右上端，太赫兹波从太赫兹波输入端1输入，进入半圆柱形高阻硅棱镜4，经反射后从太赫兹波输出端2输出，由太赫兹波探测器3探测输出的太赫兹波。太赫兹波以35°角度从太赫兹波输入端1入射，当高阻硅7的温度为25℃时，其折射率为3.45，棱镜结构产生伪表面等离子体共振，能量大部分在光栅表面金属层6与空气介质层传输5，反射至太赫兹波输出端2输出的太赫兹波极少，几乎为0，此时太赫兹波探测器3探测不到输出的太赫兹波；当加热高阻硅7至温度为65℃时，其折射率变化为3.4596，从太赫兹波输入端1入射的太赫兹波反射至太赫兹波输出端2输出，太赫兹波探测器3能够探测到输出的太赫兹波，从而实现温控开关的效果。

半圆柱形高阻硅棱镜的半径为10mm，材料选用远红外石英玻璃，它在太赫兹频段的折射率为1.94。空气介质层的厚度为280um。光栅表面金属层的厚度为100um，材料选用为金。高阻硅的厚度为70um，宽度为25um。周期性矩形开槽的一个周期长度为60um、槽深70um、槽口宽度25um。太赫兹波高速温控开关的各项性能指标采用COMSOL Multiphysics软件进行测试，仿真时对一个单元结构设置周期性边界条件，图2为不同温度时太赫兹波输出功率随太赫兹波的入射角变化的曲线，可以看到当入射角度定为35°，温度为25℃时，输出功率接近0，温度为65℃时，输出功率接近1，结果显示所设计的温控太赫兹开关能够实现温控开关的功能。