專利名稱：太赫茲波高速開關裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太赫茲波應用技術領域，具體涉及一種太赫茲波開關裝置。
背景技術：
太赫茲(THz，ITHz = IO12Hz)波是指頻率從0. ITHz到IOTHz介于毫米波與紅外光之間頻譜范圍的電磁波譜區域。太赫茲時域光譜技術是20世紀80年代以來發展起來的一種新型光譜測量技術。它以太赫茲輻射作為探測源，利用電光采樣或光電導采樣方法直接記錄太赫茲輻射電場的振幅時間波形，通過傅立葉變換得到測量信號振幅和相位的光譜分布，進而獲得材料在太赫茲波段的吸收和色散等信息。近年來，太赫茲輻射以它獨特的性質成為一種有效的安全檢查手段。太赫茲輻射在安檢領域有它特有的優勢(I)瞬態性太赫茲脈沖的典型脈寬在皮秒量級，可以方便地對各種材料(包括液體、半導體、超導體、生 物樣品等)進行時間分辨的研究。(2)低能性太赫茲光子的能量只有毫電子伏特，與X射線相比，不會因為電離而破壞被檢測的物質。(3)穿透性太赫茲輻射對于電介質材料及塑料、紙箱等包裝材料有很強的穿透力。此外，太赫茲技術在通訊、醫療診斷、健康檢測、環境控制、化學與生物傳感、及質量監控等領域都有著廣泛的應用前景。當前太赫茲技術逐漸成為世界范圍內廣泛研究的熱點，國際上關于太赫茲波的研究機構大量涌現，并取得了很多研究成果。由于在相當長時間里太赫茲波源的問題未能很好解決，太赫茲波科學技術的發展受到限制，從而使其應用潛能未能發揮出來。目前國際上已經成功研制出多種太赫茲波源和檢測裝置，使得太赫茲波技術在成像、醫學診斷、無線通信、空間天文學等領域逐漸獲得應用，然而這些系統需要對太赫茲波進行開關控制，但是現有的太赫茲波開關存在著開關響應速度慢、結構復雜、制作困難、價格昂貴等不足，因此非常有必要研究開發一種結構簡單、響應速度快、制作成本低的太赫茲波高速開關。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種太赫茲波高速開關裝置。太赫茲波開關裝置包括太赫茲波輸入端、太赫茲波輸出端、太赫茲波探測器、激光發射器、外加激光輸入端、半圓柱形高阻硅棱鏡、金屬薄膜、聚合物；在聚合物上設有金屬薄膜，聚合物和金屬薄膜均為長方體，金屬薄膜上設有半圓柱形玻璃棱鏡，半圓柱形高阻硅棱鏡的切面為長方形，半圓柱形高阻硅棱鏡下底面的長方形與金屬薄膜長方體平行且大小相等，激光發射器發出激光經過外加激光輸入端射入聚合物，太赫茲波從半圓柱形高阻硅棱鏡一側面的太赫茲波輸入端輸入，進入半圓柱形高阻硅棱鏡，經反射后從半圓柱形高阻硅棱鏡另一側面的太赫茲波輸出端輸出后，由太赫茲波輸出端端部的太赫茲波探測器探測輸出的太赫茲波。所述的半圓柱形玻璃棱鏡的半徑為10mnT20mm。所述的金屬薄膜的厚度為50nnT60nm。所述的聚合物的厚度為2 y m 20 y m。[0007]太赫茲波高速開關方法是當激光輸入端無外加激光時，以60°角度入射的太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入，從半圓柱形高阻硅棱鏡一邊側面入射到半圓柱形高阻硅棱鏡側面，從半圓柱形高阻硅棱鏡另一邊側面反射輸出至太赫茲波輸出端，此時太赫茲波探測器探測到輸出的太赫茲波；當外加激光輸入端有外加激光時，聚合物介電常數產生變化，共振導模頻率產生改變，以60°角度入射的太赫茲波在半圓柱形高阻硅棱鏡一邊側面入射后，從半圓柱形高阻硅棱鏡另一邊側面反射輸出至太赫茲波第二輸出端的強度變弱，此時，太赫茲波探測器不能探測到輸出的太赫茲波。由于利用外加激光控制聚合物介電常數產生變化的時間可達皮秒量級，因此通過該結構可以實現對太赫茲波的高速開關控制。本實用新型的太赫茲波高速開關裝置具有結構緊湊，響應速度快，制作成本低，滿足在太赫茲波成像、太赫茲波通信、太赫茲波空間天文學等領域應用的要求。
圖I是太赫茲波高速開關裝置的平面結構示意圖；圖2是太赫茲波聞速開關裝置的立體結構不意圖； 圖3是高阻硅棱鏡結構示意圖；圖4是無外加激光射入時，太赫茲波高速開關結構的導模圖；圖5是有外加激光射入時，太赫茲波高速開關結構的導模圖；圖6是無外加激光射入時，太赫茲波高速開關結構中的太赫茲波穩態傳輸示意圖；圖7是有外加激光射入時，太赫茲波高速開關結構中的太赫茲波穩態傳輸示意圖。
具體實施方式
如圖廣3所示，太赫茲波高速開關，其特征在于太赫茲波輸入端I、太赫茲波輸出端2、太赫茲波探測器3、激光發射器4、外加激光輸入端5、半圓柱形高阻硅棱鏡6、金屬薄膜
7、聚合物8 ;在聚合物8上設有金屬薄膜7，聚合物8和金屬薄膜7均為長方體，金屬薄膜7上設有半圓柱形玻璃棱鏡6,半圓柱形高阻娃棱鏡6的切面為長方形,半圓柱形高阻娃棱鏡6下底面的長方形與金屬薄膜7長方體平行且大小相等，激光發射器4發出激光經過外加激光輸入端5射入聚合物8，太赫茲波從半圓柱形高阻硅棱鏡6 —側面的太赫茲波輸入端I輸入，進入半圓柱形高阻硅棱鏡6，經反射后從半圓柱形高阻硅棱鏡6另一側面的太赫茲波輸出端2輸出后，由太赫茲波輸出端2端部的太赫茲波探測器3探測輸出的太赫茲波。所述的半圓柱形高阻娃棱鏡6半徑為10mnT20mm。所述的金屬薄膜7厚度為50nnT60nm。所述的聚合物8厚度為2 y m 20 u m。太赫茲波聞速開關方法是半圓柱形高阻娃棱鏡的半徑為IOmm ;金屬薄膜材料采用銀,厚度為50nm ;聚合物材料采用C513摻雜聚苯乙烯，厚度為10 u m。外加激光輸入端5無激光時，以60°角度入射的太赫茲波從太赫茲波輸入端I輸入，從半圓柱形高阻硅棱鏡6 —側面入射到半圓柱形高阻硅棱鏡6側面，從半圓柱形高阻硅棱鏡6另一側面反射輸出至太赫茲波輸出端2，此時太赫茲波探測器3探測到輸出的太赫茲波；當外加激光輸入端5有外加激光時，聚合物8介電常數產生變化，共振導模頻率產生改變，以60°角度入射的太赫茲波在半圓柱形高阻硅棱鏡6 —側面入射后，從半圓柱形高阻硅棱鏡6另一側面反射輸出至太赫茲波第二輸出端5的強度變弱，此時，太赫茲波探測器3不能探測到輸出的太赫茲波。由于利用外加激光控制聚合物8介電常數產生變化的時間可達皮秒量級，因此通過該結構可以實現對太赫茲波的高速開關控制。實施例I0. 3THz頻率的太赫茲波開關選擇Microtech出售的BWOs，其中返波管型號選為QS2-500 (頻率在0. 1-0. 5THz頻段可調諧)。選擇太赫茲通信用的太赫茲波頻率為0.3THZ。設計的半圓柱形高阻硅棱鏡的半徑為IOmm ;金屬薄膜材料采用銀,厚度為50nm ;聚合物材料采用C513摻雜聚苯乙烯，厚度為10 u m。外加激光輸入端5無激光時，以60°角度入射的太赫茲波從太赫茲波輸入端I輸入，從半圓柱形高阻娃棱鏡6 —側面入射到半圓柱形高阻娃棱鏡6側面,從半圓柱形 高阻硅棱鏡6另一側面反射輸出至太赫茲波輸出端2，此時太赫茲波探測器3探測到輸出的太赫茲波；當外加激光輸入端5有外加激光時，聚合物8介電常數產生變化，共振導模頻率產生改變，以60°角度入射的太赫茲波在半圓柱形高阻硅棱鏡6 —側面入射后，從半圓柱形高阻硅棱鏡6另一側面反射輸出至太赫茲波第二輸出端5的強度變弱，此時，太赫茲波探測器3不能探測到輸出的太赫茲波。獲得的無外加激光射入時，太赫茲波高速開關結構中的太赫茲波穩態傳輸情況如附圖6 ;有外加激光射入時，太赫茲波聞速開關結構中的太赫茲波穩態傳輸情況如附圖7。該結構可以實現對太赫茲波的開關控制速度達到皮秒量級。
權利要求1.一種太赫茲波高速開關裝置，其特征在于包括太赫茲波輸入端(I)、太赫茲波輸出端(2)、太赫茲波探測器(3)、激光發射器(4)、外加激光輸入端(5)、半圓柱形高阻硅棱鏡(6 )、金屬薄膜(7 )、聚合物(8 );在聚合物(8 )上設有金屬薄膜(7 )，聚合物(8 )和金屬薄膜(7)均為長方體，金屬薄膜(7)上設有半圓柱形玻璃棱鏡(6)，半圓柱形高阻硅棱鏡(6)的切面為長方形，半圓柱形高阻硅棱鏡(6)下底面的長方形與金屬薄膜(7)長方體平行且大小相等，激光發射器(4)發出激光經過外加激光輸入端(5)射入聚合物(8)，太赫茲波從半圓柱形高阻硅棱鏡(6)—側面的太赫茲波輸入端(I)輸入，進入半圓柱形高阻硅棱鏡(6)，經反射后從半圓柱形高阻娃棱鏡(6)另一側面的太赫茲波輸出端(2)輸出后，由太赫茲波輸出端(2)端部的太赫茲波探測器(3)探測輸出的太赫茲波。
2.如權利要求I所述的一種太赫茲波高速開關裝置，其特征在于所述的半圓柱形高阻娃棱鏡(6)的半徑為10 20mm。
3.如權利要求I所述的一種太赫茲波高速開關裝置，其特征在于所述的金屬薄膜(7)的厚度為5(T60nm。
4.如權利要求I所述的一種太赫茲波高速開關裝置，其特征在于所述的聚合物(8)的厚度為2 20iim。
專利摘要本實用新型公開了一種高速太赫茲開關裝置。在聚合物上設有金屬薄膜，聚合物和金屬薄膜均為長方體，金屬薄膜上設有半圓柱形玻璃棱鏡，半圓柱形高阻硅棱鏡的切面為長方形，半圓柱形高阻硅棱鏡下底面的長方形與金屬薄膜長方體平行且大小相等，激光發射器發出激光經過外加激光輸入端射入聚合物，太赫茲波從半圓柱形高阻硅棱鏡一側面的太赫茲波輸入端輸入，進入半圓柱形高阻硅棱鏡，經反射后從半圓柱形高阻硅棱鏡另一側面的太赫茲波輸出端輸出后，由太赫茲波輸出端端部的太赫茲波探測器探測輸出的太赫茲波。本實用新型具有結構緊湊，響應速度快，損耗小，制作成本低，滿足在太赫茲波成像、太赫茲波通信、太赫茲波空間天文學等領域應用的需求。
文檔編號H01P1/10GK202523815SQ20112053825
公開日2012年11月7日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者李九生 申請人:中國計量學院