硅孔阵列结构的太赫兹波偏振分束器的制作方法

本发明涉及太赫兹波偏振分束器，尤其涉及一种硅孔阵列结构的太赫兹波偏振分束器。

背景技术：

近年来，在电磁波谱上介于发展已相当成熟的毫米波和红外光之间的太赫兹波无疑是一个崭新的研究领域。太赫兹波频率0.1～10THz，波长为30μm～3mm。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测方法，与传统的微波技术和光学技术相比较，人们对该波段电磁辐射性质的了解甚少，以至于该波段成为了电磁波谱中的太赫兹空隙。随着太赫兹辐射源和探测技术的突破，太赫兹独特的优越特性被发现并在材料科学、气体探测、生物和医学检测、通信等方面展示出巨大的应用前景。可以说太赫兹技术科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题，又是新一代信息产业以及基础科学发展的重大需求。高效的太赫兹辐射源和成熟的检测技术是推动太赫兹技术科学发展和应用的首要条件，但太赫兹技术的广泛应用离不开满足不同应用领域要求的实用化功能器件的支撑。在太赫兹通信、多谱成像、物理、化学等众多应用系统中，对太赫兹波导、开关、偏振分束器、滤波及功分等功能器件的需求是迫切的。

太赫兹波偏振分束器是一类重要的太赫兹波功能器件，近年来太赫兹波偏振分束器已成为国内外研究的热点和难点。然而现有的太赫兹波偏振分束器大都存在着结构复杂、偏振分束效率低、成本高等诸多缺点，所以研究结构简单、偏振分束效率高、成本低、尺寸小，具有可调性能的太赫兹波偏振分束器意义重大。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术不足，提供一种结构简单、偏振分束效率高的太赫兹波偏振分束器。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种硅孔阵列结构的太赫兹波偏振分束器，包括TE信号输入端、TM信号输入端、第一直线波导、第二直线波导、第三直线波导、第一折线波导、第二折线波导、第一耦合区域、第二耦合区域、第三耦合区域、第四耦合区域、TM信号输出端、TE信号输出端、圆形空气孔、椭圆形空气孔、正方形空气孔、镂空平板；镂空平板设有呈正方形周期排列的圆形空气孔，通过移除部分圆形空气孔得到了第一直线波导、第二直线波导、第三直线波导、第一折线波导，第一耦合区域和第三耦合区域均由3个椭圆形空气孔组成，第二耦合区域和第四耦合区域由个正方形空气孔组成，第一直线波导、第三耦合区域、第二直线波导、第四耦合区域、第三直线波导自左到右顺次分布，第一耦合区域的下端与第二直线波导的左端相连，第一耦合区域的上端与第一折线波导的下端相连，第二耦合区域的下端与第二直线波导的右端相连，第二耦合区域的上端与第二折线波导的下端相连，第一直线波导的左端设有TE信号输入端，第三直线波导的右端设有TM信号输入端，第一折线波导上端设有TM信号输出端，第二折线波导的上端设有TE信号输出端；TE信号输入端输入的太赫兹波仅有TE模式能通过第三耦合区域并从TE信号输出端输出，TM模式无法通过第三耦合区域，TM信号输入端输入的太赫兹波仅有TM模式能通过第四耦合区域并从TM信号输出端输出，TE模式无法通过第三耦合区域。

太赫兹波偏振分束器的具体结构参数可做如下优选：所述的镂空平板的材料为硅，折射率为3.45。所述的圆形空气孔的半径为39～41μm，相邻的圆形空气孔之间圆心的距离为119～121μm。所述的椭圆形空气孔的长轴为99～102μm，短轴为39～41μm，相邻椭圆形空气孔中心之间的距离为119～121μm。所述的正方形空气孔的边长为83～85μm，相邻正方形空气孔中心之间的距离为119～121μm。

本发明的硅孔阵列结构的太赫兹波偏振分束器具有结构简单紧凑，偏振分束效率高，尺寸小，体积小，便于制作，可调等优点，满足在太赫兹波成像、医学诊断、太赫兹波通信等领域应用的要求。

附图说明

图1是硅孔阵列结构的太赫兹波偏振分束器的二维结构示意图；

图2是硅孔阵列结构的太赫兹波偏振分束器的三维结构示意图；

图3是0.85THz～1THz范围时TE信号输出端的输出功率曲线；

图4是0.85THz～1THz范围时TM信号输出端的输出功率曲线。

具体实施方式

如图1和2所示，一种硅孔阵列结构的太赫兹波偏振分束器，包括TE信号输入端1、TM信号输入端2、第一直线波导3、第二直线波导4、第三直线波导5、第一折线波导6、第二折线波导7、第一耦合区域8、第二耦合区域9、第三耦合区域10、第四耦合区域11、TM信号输出端12、TE信号输出端13、圆形空气孔14、椭圆形空气孔15、正方形空气孔16、镂空平板17；镂空平板17设有呈正方形周期排列的圆形空气孔14，通过移除部分圆形空气孔14得到了第一直线波导3、第二直线波导4、第三直线波导5、第一折线波导6，第一耦合区域8和第三耦合区域10均由3个椭圆形空气孔15组成，第二耦合区域9和第四耦合区域11由3个正方形空气孔16组成，第一直线波导3、第三耦合区域10、第二直线波导4、第四耦合区域11、第三直线波导5自左到右顺次分布，第一耦合区域8的下端与第二直线波导4的左端相连，第一耦合区域8的上端与第一折线波导6的下端相连，第二耦合区域9的下端与第二直线波导4的右端相连，第二耦合区域9的上端与第二折线波导7的下端相连，第一直线波导3的左端设有TE信号输入端1，第三直线波导5的右端设有TM信号输入端2，第一折线波导6上端设有TM信号输出端12，第二折线波导7的上端设有TE信号输出端13；TE信号输入端1输入的太赫兹波仅有TE模式能通过第三耦合区域10并从TE信号输出端13输出，TM模式无法通过第三耦合区域10，TM信号输入端2输入的太赫兹波仅有TM模式能通过第四耦合区域11并从TM信号输出端12输出，TE模式无法通过第三耦合区域10。

所述的镂空平板17的材料为硅，折射率为3.45。所述的圆形空气孔14的半径为39～41μm，相邻的圆形空气孔14之间圆心的距离为119～121μm。所述的椭圆形空气孔15的长轴为99～102μm，短轴为39～41μm，相邻椭圆形空气孔15中心之间的距离为119～121μm。所述的正方形空气孔16的边长为83～85μm，相邻正方形空气孔16中心之间的距离为119～121μm。

实施例1

本实施例中，太赫兹波偏振分束器的结构亦如前所述(图1和2)，具体结构在此不再赘叙。太赫兹波偏振分束器的结构参数具体为：镂空平板的材料为硅，折射率为3.45。圆形空气孔的半径为39～41μm，相邻的圆形空气孔之间圆心的距离为119～121μm。椭圆形空气孔的长轴为99～102μm，短轴为39～41μm，相邻椭圆形空气孔中心之间的距离为119～121μm。正方形空气孔的边长为83～85μm，相邻正方形空气孔中心之间的距离为119～121μm。图3是0.85THz～1THz范围时TE信号输出端的输出功率曲线，可以看到仅有从TE信号输入端输入的TE模式太赫兹波能从TE信号输出端输出，其传输效率介于-1.5～-2dB；TE输入端输入的TM模式、TM输入端输入的TE模式和TM模式的太赫兹波的传输效率介于-27.5～-43dB。图4是0.85THz～1THz范围时TM信号输出端的输出功率曲线，可以看到仅有从TM信号输入端输入的TM模式太赫兹波能从TM信号输出端输出，其传输效率介于-1.5～-2.5dB；TE输入端输入的TM模式和TE模式、TM输入端输入的TE模式的太赫兹波的传输效率介于-30～-43dB，所提出的偏振分束器实现了偏振分束的效果。