太赫兹分束器的制作方法

本发明涉及电磁波分束领域，特别是涉及一种太赫兹分束器。

背景技术：

太赫兹频段的电磁波由于其自身优势得到了越来越广泛的应用，但受限于太赫兹频段大带宽、低损耗、低色散波导结构的缺乏，大量的太赫兹应用局限于自由空间光路，如何实现集成化的太赫兹应用是一个重大问题。其中，实现太赫兹波的分束是很多应用的基础。

目前，由于波导结构困难，在太赫兹频段依赖波导传输的分束器都具有高损耗、大色散的缺点，无法享受太赫兹谱大带宽带来的优势。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种太赫兹分束器，结构简单，具有大带宽、损耗低、色散低的优点。

一种太赫兹分束器，所述太赫兹分束器为y字形结构的索末菲波波导，所述y字形结构的三端分别为：

太赫兹耦合端，用于耦合并传导太赫兹入射波；

两个太赫兹分束臂，为从所述太赫兹耦合端分出来的两个分支，用于将所述太赫兹入射波进行分束形成两束太赫兹出射波并传导出去。

上述太赫兹分束器为y字形结构的索末菲波波导，y字形结构的三端分别为太赫兹耦合端和两个太赫兹分束臂，该太赫兹耦合端用于耦合并传导太赫兹入射波，两个太赫兹分束臂为从所述太赫兹耦合端分出来的两个分支，用于将所述太赫兹入射波进行分束形成两束太赫兹出射波并传导出去；该太赫兹分束器利用索末菲波波导的表面等离子体模式，使得太赫兹波在该索末菲波波导的表面传播，通过y字形结构的两个分支实现太赫兹波的分束；该太赫兹分束器结构简单，具有大带宽、损耗低、色散低的优点。

在其中一个实施例中，所述索末菲波波导为裸金属线的太赫兹波波导。

在其中一个实施例中，所述太赫兹入射波为沿所述太赫兹耦合端传输的径向偏振的太赫兹行波。

在其中一个实施例中，每个所述太赫兹分束臂和所述太赫兹耦合端的连接处形成弧线。

在其中一个实施例中，所述弧线的曲率半径越大，所述太赫兹分束臂弯由于弯曲泄露引起的损耗越小。

在其中一个实施例中，所述索末菲波波导的带宽为0.1thz～5thz。

在其中一个实施例中，所述太赫兹耦合端和两个太赫兹分束臂均为圆柱形的裸金属线。

在其中一个实施例中，所述裸金属线的材质为金或银或铜。

在其中一个实施例中，所述裸金属线的材质为不锈钢。

附图说明

图1为一实施例中太赫兹分束器的立体结构示意图；

图2为一实施例中太赫兹分束器的功分效果图；

图3为一实施例中太赫兹分束器的俯视图；

图4为一实施例中太赫兹分束器的功分效率曲线。

具体实施方式

参见图1，图1为一实施例中太赫兹分束器的立体结构示意图。

在本实施例中，该太赫兹分束器为y字形结构的索末菲波波导，所述y字形结构的三端分别为太赫兹耦合端10和两个太赫兹分束臂11、12。

当索末菲波波导用于传导太赫兹波段的电磁波时，其工作在表面等离子体模式，此时太赫兹波在其表面传播。进一步的，该索末菲波波导为裸金属线的太赫兹波波导，可以实现太赫兹波的表面传播，结构十分简单，其可以传导大带宽的太赫兹波，具体的该索末菲波波导的带宽为0.1thz～5thz，太赫兹波在通过该波导传播的过程中损耗低、色散低。

太赫兹耦合端10用于耦合并传导太赫兹入射波。

太赫兹入射波从该太赫兹耦合端10进入索末菲波波导。进一步的，为了将太赫兹入射波高效耦合至索末菲波波导，该太赫兹入射波采用沿该太赫兹耦合端10传输的径向偏振(tm01模)的太赫兹行波。

两个太赫兹分束臂11、12为从所述太赫兹耦合端10分出来的两个分支，用于将所述太赫兹入射波进行分束形成两束太赫兹出射波并传导出去。

两个太赫兹分束臂11、12与太赫兹耦合端10形成y字形结构，其中，两个太赫兹分束臂11、12为该y字形结构的两个分支，太赫兹入射波耦合进太赫兹耦合端10之后，通过结构相同的两个太赫兹分束臂11、12进一步传播，实现分束。参见图2，图2为一实施例中太赫兹分束器的功分效果图。太赫兹入射波从太赫兹耦合端10进入该太赫兹分束器，沿该太赫兹耦合端10的表面传播至两个太赫兹分束臂11、12时产生分束，形成两束场强较弱的太赫兹出射波并继续沿该太赫兹分束臂11、12的表面传播出去。该太赫兹分束器结构简单，具有大带宽、损耗低、色散低的优点。

参见图3，图3为一实施例中太赫兹分束器的俯视图。每个所述太赫兹分束臂11、12和所述太赫兹耦合端10的连接处形成弧线。进一步的，该弧线的曲率半径越大，太赫兹分束臂由于弯曲泄露引起的损耗越小。

在该y字形结构的太赫兹分束器中，分束的损耗主要来自两个方面：一是在该y字形结构的分叉处的模式失配和反射造成的损耗；二是金属线的弯曲导致的太赫兹波泄露。该分叉处为太赫兹分束臂11、12和太赫兹耦合端10的连接处。参见图4，取该连接处的弧线长度为固定值50mm，固定弧长对应的弧线半径在50mm～150mm范围内变化，通过仿真得到当弧线半径变化时单一太赫兹出射波和太赫兹入射波的场强关系。可以看出，逐步增大弧线半径，即曲率半径，当弧线半径r大于120mm时，太赫兹分束臂11、12由于弯曲泄露引起的损耗基本被抑制，此时单一太赫兹分束臂11、12的出射场强高达入射场强的约55％，即单一太赫兹出射波的场强高达太赫兹入射波的约55％，在该分束结构中，能量利用效率可达约2×(55％)²＝60.5％。

在其中一个实施例中，上述太赫兹耦合端10和两个太赫兹分束臂11、12均为圆柱形的裸金属线。

在其中一个实施例中，上述裸金属线的材质可以为电导率高的金、银、铜或者不锈钢等。可以根据实际应用需求进行选择，得到一种结构简单、成本低廉、损耗低的太赫兹分束器。

可以通过机械加工方法或者3d打印技术得到上述太赫兹分束器。

上述太赫兹分束器采用y字形结构的索末菲波波导，该y字形结构的三端分别为太赫兹耦合端和两个太赫兹分束臂，利用索末菲波波导的表面等离子体模式，使得太赫兹波在该索末菲波波导的表面传播，太赫兹入射波通过太赫兹耦合端10进入该分束器，通过y字形结构的两个分支对应的两个太赫兹分束臂11、12实现分束，为了抑制该y字形结构本身带来的损耗，对其分叉处进行了特殊的弧度设计，进一步减小了该分束器的损耗，提高了其能量利用率。该太赫兹分束器结构简单，具有大带宽、损耗低、色散低的优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。