一种基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太赫兹波检测领域，具体涉及一种基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统。
【背景技术】
[0002]随着现代无线通讯技术的发展，超宽频技术在近年来受到人们的广泛关注。现代通信产品应用极为广泛，每个产品使用的频段各不相同，要同时使用这些频带需要一种宽频的收发系统。
[0003]共面波导是实现宽频技术的重要手段。其实际是表面等离子体激元共振，是存在于金属和电介质界面的一种电荷密度振荡本征模式，可以通过入射光经棱镜耦合、光栅耦合或波导耦合来激发产生。基于共面波导双层结构的超宽频滤波器，通过将两个相同结构的波导，垂直翻转并叠加，实现频带的扩宽。
[0004]共面波导双层结构的超宽频滤波器的工作原理是:入射光激发金属薄膜和电介质界面产生表面等离子体激元。虽然波导耦合的表面等离子体激元的波导滤波器和高保线结构在可见光波段已是一项很成熟的技术，但工作在太赫兹波段的相应系统还很少报道，尤其是高保线和双层波导结构的超宽频滤波器还未曾涉及。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统，采用了如下技术方案:
[0006]本发明提供的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统具有这样的技术特征，具有:衬底以及设置于衬底的上表面上的金属层。该金属层包括:信号获取部，为共面波导，用于从上位装置获取太赫兹波，并将其转化为准准TEM波模式；第一模式转换部，与信号获取部连接，包括Vivaldi天线以及第一双波导，Vivaldi天线用于和信号获取部的阻抗相匹配，第一双波导包括结构相同且对称连接的第一上波导以及第一下波导，两波导上均设置有复数个槽深逐渐增大的凹槽，用于激发表面等离子激元，将太赫兹波由准TEM波模式转化为表面波模式；传导部，与第一模式转换部连接，用于让表面波传导，包括与第一双波导连接第二双波导，包括结构相同且对称连接的第二上波导以及第二下波导，两个波导均设置有复数个固定槽深的凹槽，槽深与第一双波导中最大的槽深相同；第二模式转换部，与第一模式转换部沿传导检测部的中心线相对称，用于将太赫兹波由表面波模式转换为准准TEM波模式；以及信号输出部，和第二模式转换部连接，用于将太赫兹波传输给下位分析设备。
[0007]本发明提供的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统，还可以具有这样的特征，还包括:矢量网络分析仪，通过两个探针分别和信号获取部以及信号输出部连接，用于发射和探测太赫兹波信号。
[0008]本发明提供的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统，还可以具有这样的特征:共面波导包括中心带以及位于中心带两侧且与中心带间隔一定间距的接地带，中心带和接地带之间的两个槽口分别作为信号获取部以及信号接受部的能量传输端口，和矢量网络分析仪的探针连接。
[0009]本发明提供的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统，还可以具有这样的特征=Vivaldi天线包括开路腔、槽线以及指数线，第一双波导沿槽线向第二双波导处延伸。
[0010]本发明提供的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统，还可以具有这样的特征:能量传输端口的宽度为50 μπι，中心带与接地带之间的间距为4.7 μπι，接地带的高度为50 ?100 μ mD
[0011]本发明提供的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统，还可以具有这样的特征:第一上波导由第一下波导垂直翻转得到，与第一下波导对称接触连接，第二上波导由第二下波导垂直翻转得到，与第二下波导对称接触连接。
[0012]本发明提供的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统，还可以具有这样的特征:衬底由石英、聚苯二甲酸乙二醇酯以及聚酰亚胺中的任意一种材料制成。
[0013]发明作用与效果
[0014]本发明提供了一种基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统，通过垂直翻转叠加的双层波导耦合，激发表面等离子激元，实现超宽频滤波。与传统的单层波导滤波器相比，本发明运用高效传输双层波导耦合，以一种简单的方式使频谱扩宽了两倍，解决了通信领域对宽频的需求的问题，为后期的科学研究工作奠定基础。同时，本发明提供的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统还具有结构简单、容易实现的优点。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统的结构示意图；
[0016]图2是本发明的超宽频芯片的结构示意图；
[0017]图3是本发明的超宽频芯片的金属层的结构示意图；
[0018]图4为本发明中的基于双波导的太赫兹波时域频谱系统与基于单波导的太赫兹波时域频谱系统的带通宽度对比图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图来说明本发明的【具体实施方式】。
[0020]图1是本实施例的基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统的结构示意图。
[0021]如图1所示，基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统100包括矢量网络分析仪200以及超宽频芯片300。矢量网络分析仪200通过探针201和探针202分别和超宽频芯片300的能量传输端口连接，用于发射和探测太赫兹波信号。
[0022]图2是本实施例超宽频芯片的结构示意图。
[0023]如图2所示，超宽频芯片300由衬底10和金属层20组成。金属层20通过光刻和镀膜附着在衬底10上。
[0024]本实施例中，金属层20的材质为金，厚度山为500nm。衬底10由衬底由石英、聚苯二甲酸乙二醇酯(PEN)以及聚酰亚胺中的任意一种材料制成，厚度(12为200 μm。
[0025]图3是本实施例的超宽频芯片的金属层的结构示意图。
[0026]如图3所示，金属层20包括顺序连接的信号获取部1、第一模式转换部2、传导部
3、第二模式转换部4以及信号输出部5。信号获取部I用于从矢量网络分析仪200处获取输入太赫兹波信号，并将其转化为准TEM波模式；第一模式转换部2用于激发表面等离子激元，将太赫兹波由准TEM波模式转化为表面波模式；传导部3用于传导表面波；第二模式转换部4用于将太赫兹波由表面波模式转换为准TEM波模式；信号输出部5通过探针202和矢量网络分析仪200连接，并将太赫兹波传输给矢量网络分析仪200。
[0027]图2为图3的侧视图，如图1?图3所示，信号获取部I以及信号输出部5均为共面波导，包括中心带11以及位于中心带11两侧且与中心带11间隔一定间距g的两个接地带12。
[0028]中心带11和接地带12之间的两个槽口分别作为信号获取部I以及信号输出部5的能量传输端口，和矢量网络分析仪的探针201以及探针202连接。信号获取部I通过探针201和SMA连接器连接，进而通过SMA连接器从同轴电缆处获取输入信；信号输出部5通过探针202将检测完毕的太赫兹波信号传输给矢量网络分析仪200，进行结果分析。
[0029]本实施例中，中心带11的高度h为50 μ m，厚度为金属层厚度(I1的两倍。接地带12的高度为中心带高度的两倍，厚度与金属层的厚度相同。能量传输端口的高度g为4.7 μ m，以保证端口 50 Ω的阻抗匹配。
[0030]第一模式转换部2和信号获取部I的能量传输端口连接，由Vivaldi天线的经典指数方程绘出。包括Vivaldi天线21以及第一双波导22，Vivaldi天线21用于和信号获取部I的阻抗相匹配，第一双波导2