本发明属于准光腔,具体涉及一种太赫兹频段的多通道耦合准光腔。
背景技术:
1、近年来,太赫兹技术迅速发展,微波介质材料的复介电常数是太赫兹成像、太赫兹通信和太赫兹元器件性能参数等的关键必要数据,因此对于材料复介电常数在太赫兹频段下的准确测量对于该材料在太赫兹频段实际应用和设计中具有重要的指导价值。
2、目前国内外关于在太赫兹频段微波介质材料复介电常数的测试方法主要有椭圆偏振法、时域光谱法、波纹波导法、自由空间法和谐振法等。准光学谐振腔也被称作开放腔、fabry-perot开放腔或球形腔,属于谐振法的一种,常用的类型主要有双球面型和半球面型。因其具有高q值、无周边金属损耗和取放样方便等优点,从而在材料复介电常数的测试具有很多的优势,通过测量加载样品前后的品质因数和谐振频率来反演复介电常数。
3、太赫兹宽频下材料复介电常数的测试为太赫兹宽频下频率响应材料机理分析、设计制备等提供必备的基础数据。目前日本keycom公司设计完成了110-330ghz的准光腔法材料复介电常数测试系统,其将该宽频频段划分为若干个较宽频段后进行对应频段腔体设计,以110~260ghz两个标准矩形波导频段为例,其110-140ghz、140-170ghz、170-200ghz、200-220ghz、220-260ghz每个频段分别设计为一个腔,但多个腔体的设计可能会因误差而引起频率连接处介电性能的差异,并且结构相对复杂。除此之外,准光腔法需要进行激励从而谐振,在微波毫米波频段下,通常用对应频段的同轴线缆(接头)进行磁力线环耦合对准光腔进行激励,但由于同轴线缆都是在110ghz以下进行传输,因此目前的准光腔法多集中于110ghz以下材料复介电常数的测试。当应用频段在太赫兹频段时,如何对准光腔进行激励也成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对背景技术所存在的问题,本发明的目的在于提供一种太赫兹频段的多通道耦合准光腔。该准光腔在球面镜上设置多个凹槽,两两一组,其内放置金属耦合片,金属耦合片上设置耦合孔,通过波导与金属耦合片配合进行孔耦合,实现了太赫兹频段下一腔多频段的测试;同时平面镜上设置贯穿缝隙进行干扰模式抑制,并配合中空结构进行抽气,从而提升在太赫兹频段下介质材料的复介电常数测试的稳定性。
2、为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
3、一种太赫兹频段的多通道耦合准光腔,包括球面镜、加压法兰、平面镜、耦合片、扩频模块和升降平台;
4、所述球面镜为平凹镜,设置于平面镜的正上方,球面镜凹面侧与平面镜相对,平面侧设置2n个凹槽,所述凹槽两两一组,每组内的两个凹槽关于球面镜中心对称分布;耦合片放置于凹槽内,且耦合片形状与凹槽形状相同,耦合片侧壁与凹槽的内壁相接触,耦合片上设置耦合孔;n为正整数;
5、所述加压法兰为金属圆柱,其表面设置2n个凸台,凸台上开设波导孔,凸台与凹槽卡合,且波导孔一端与耦合孔接触,另一端与扩频模块连接;所述加压法兰用于将波导孔和耦合孔紧密连接,防止能量泄露;
6、所述扩频模块用于产生太赫兹波,然后经波导孔传输至耦合孔,耦合孔将电磁波耦合至准光腔内进行激励;一组耦合孔和对应的波导孔构成一个耦合通道,每组耦合通道内传输一个频段;
7、待测材料放置于平面镜表面,所述升降平台包括底座和固定设置于底座上支撑杆,支撑杆一端与球面镜固定连接;平面镜设置于底座上;通过调节升降平台的高度从而调节准光腔的腔长。
8、进一步地,所述凹槽和耦合片的形状优选为圆形,波导孔为矩形波导孔,优选标准矩形波导孔。
9、进一步地,所述多通道耦合准光腔还包括抽气泵和旋转角度平台;所述平面镜呈圆形,其上设置径向缝隙,缝隙长度与平面镜直径相等,用于抑制准光腔中的干扰模式;平面镜底部中空,所述抽气泵与平面镜的侧面相连,并用于对平面镜底部中空区域进行抽气,使待测材料紧贴平面镜,提高测试稳定性;
10、所述旋转角度平台与平面镜固定连接,用于调整平面镜倾斜角度,避免平面镜因加工工艺带来的平整度误差,从而提升损耗角正切测试精度。
11、进一步地,n的数值越大,一个腔体实现的测试频段数越多,且测试频段范围越宽;但个数越多,加工越困难。
12、进一步地,n优选为2,四个凹槽呈“十”字型分布,传输频段为110-170ghz和170-260ghz。
13、进一步地,n优选为3,六个凹槽分布于正六边形的六个顶点处,传输频段为110-170gh z、170-260ghz和220-325ghz。
14、进一步地,耦合圆片的厚度0.05mm~0.13mm。
15、进一步地,耦合圆片为采用pcb工艺进行加工,上下镀铜,耦合圆片上的耦合孔过孔金属化,或采用金属片。
16、进一步地,耦合孔的孔径大小用于调整谐振腔的耦合量,小孔越大耦合量越大,但是孔径不能大于矩形波导的窄边。
17、综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
18、本发明的测试装置通过矩形波导与金属圆片上的耦合孔进行配合的新型耦合方式对准光腔进行多通道耦合激励,实现在一个腔内能进行多个标准频段的宽频测试,测试频段范围能从110ghz到1000ghz;同时,通过对平面镜进行开缝、平面镜底部采用中空结构并进行抽气使样品紧贴平面镜、旋转平台用于对平面镜进行角度校正等设计,共同提升测量可靠性和测量结果精度。
1.一种太赫兹频段的多通道耦合准光腔,其特征在于,包括球面镜、加压法兰、平面镜、耦合片、扩频模块和升降平台;
2.如权利要求1所述的太赫兹频段的多通道耦合准光腔,其特征在于,所述凹槽和耦合片的形状为圆形,波导孔为标准矩形波导孔。
3.如权利要求1所述的太赫兹频段的多通道耦合准光腔,其特征在于,所述多通道耦合准光腔还包括抽气泵和旋转角度平台;所述平面镜呈圆形,其上设置径向缝隙,缝隙长度与平面镜直径相等,用于抑制准光腔中的干扰模式;平面镜底部中空,所述抽气泵与平面镜的侧面相连,并用于对平面镜底部中空区域进行抽气,使待测材料紧贴平面镜,提高测试稳定性;
4.如权利要求1所述的太赫兹频段的多通道耦合准光腔,其特征在于,n的数值越大,一个腔体实现的测试频段数越多,且测试频段范围越宽;但个数越多,加工越困难。
5.如权利要求4所述的太赫兹频段的多通道耦合准光腔,其特征在于,n为2,四个凹槽呈“十”字型分布,传输频段为110-170ghz和170-260ghz。
6.如权利要求4所述的太赫兹频段的多通道耦合准光腔,其特征在于,n为3,六个凹槽分布于正六边形的六个顶点处,传输频段为110-170ghz、170-260ghz和220-325ghz。
7.如权利要求2所述的太赫兹频段的多通道耦合准光腔,其特征在于,耦合圆片的厚度0.05mm~0.13mm。
8.如权利要求2所述的太赫兹频段的多通道耦合准光腔,其特征在于,耦合圆片为采用pcb工艺进行加工,上下镀铜,耦合圆片上的耦合孔过孔金属化,或采用金属片。
9.如权利要求2所述的太赫兹频段的多通道耦合准光腔,其特征在于,耦合孔的孔径大小用于调整谐振腔的耦合量,小孔越大耦合量越大,但是孔径不能大于矩形波导的窄边。