太赫茲波高速溫控開關裝置的制作方法

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，1THz＝10¹²Hz)波是指頻率從0.1THz到10THz，波長為3mm到30um，其頻段介于毫米波與紅外光之間頻譜范圍的電磁波譜區域。太赫茲所處波譜中獨特頻段使其不僅同時微波及光波的一些特征，同時它還有具有一些獨特的特點：(1)強穿透性：太赫茲能夠低損耗透過電介質及非極性物體的特性使得它能夠對陶瓷非透明介質透視成像，同時太赫茲波是濃煙或者風塵等低可見度環境中成像的理想光源，可用于沙漠、霧霾天氣等場合。(2)低能量性：頻率在1THZ電磁波所具有的能量僅僅在毫電子伏特數量級，因此不會導致光致電離，因此可以放心地應用于生物樣品的檢測及旅客的安檢。(3)光譜分辨能力強：雖然太赫茲擁有非常小的光子能量，卻囊括了許多光譜信息。太赫茲此頻段具有明顯的吸收及色散特性。太赫茲技術在物理學、化學、天文學、環境科學、氣體檢測、生物醫學檢測、通信等學科領域展示出巨大的應用前景。

太赫茲波開關對于整個太赫茲波通信系統是一種非常關鍵的功能器件。太赫茲波開關好壞直接影響整個太赫茲通信系統的質量，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，所以研究小型化、高性能、成本低的高速太赫茲波溫控開關意義重大。

技術實現要素：

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溫控開關裝置，技術方案如下：

太赫茲波高速溫控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、半圓柱形高阻硅棱鏡、空氣介質層、光柵表面金屬層、高阻硅；光柵表面金屬層的槽內填充有高阻硅，半圓柱形高阻棱鏡下表面設有空氣介質層，空氣介質層下方設有光柵表面金屬層，半圓柱形高阻硅棱鏡的左上端設有太赫茲波輸入端，右上端設有太赫茲波輸出端，太赫茲波探測器位于太赫茲波輸出端的右上端，太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入，進入半圓柱形高阻硅棱鏡，經反射后從太赫茲波輸出端輸出，由太赫茲波探測器探測輸出的太赫茲波。太赫茲波以35°角度從太赫茲波輸入端入射，當高阻硅的溫度為25℃時，其折射率為3.45，棱鏡結構產生偽表面等離子體共振，能量大部分在光柵表面金屬層與空氣介質層傳輸，反射至太赫茲波輸出端輸出的太赫茲波極少，幾乎為0，此時太赫茲波探測器探測不到輸出的太赫茲波；當加熱高阻硅至溫度為65℃時，其折射率變化為3.4596，從太赫茲波輸入端入射的太赫茲波反射至太赫茲波輸出端輸出，太赫茲波探測器能夠探測到輸出的太赫茲波，從而實現溫控開關的效果。

所述的半圓柱形高阻硅棱鏡4的半徑為10～20mm。所述的空氣介質層(5)的厚度為280～285μm。所述的光柵表面金屬層(6)的厚度為170～180μm，其上的矩形開槽之間的間距為60～65μm，開槽深度為70～75μm，開槽寬度為25～30μm。所述的高阻硅7的厚度為70～75μm，寬度為25～30μm。

附圖說明：

圖1是太赫茲波高速開關裝置的平面結構示意圖；

圖2是當外界溫度變化時，太赫茲波高速開溫控關結構的反射率圖。

具體實施方式

如圖1所示，太赫茲波高速溫控開關包括太赫茲波輸入端1、太赫茲波輸出端2、太赫茲波探測器3、半圓柱形高阻硅棱鏡4、空氣介質層5、光柵表面金屬層6、高阻硅7；光柵表面金屬層6的槽內填充有高阻硅7，半圓柱形高阻棱鏡4下表面設有空氣介質層5，空氣介質層5下方設有光柵表面金屬層6，半圓柱形高阻硅棱鏡4的左上端設有太赫茲波輸入端1，右上端設有太赫茲波輸出端2，太赫茲波探測器3位于太赫茲波輸出端2的右上端，太赫茲波從太赫茲波輸入端1輸入，進入半圓柱形高阻硅棱鏡4，經反射后從太赫茲波輸出端2輸出，由太赫茲波探測器3探測輸出的太赫茲波。太赫茲波以35°角度從太赫茲波輸入端1入射，當高阻硅7的溫度為25℃時，其折射率為3.45，棱鏡結構產生偽表面等離子體共振，能量大部分在光柵表面金屬層6與空氣介質層傳輸5，反射至太赫茲波輸出端2輸出的太赫茲波極少，幾乎為0，此時太赫茲波探測器3探測不到輸出的太赫茲波；當加熱高阻硅7至溫度為65℃時，其折射率變化為3.4596，從太赫茲波輸入端1入射的太赫茲波反射至太赫茲波輸出端2輸出，太赫茲波探測器3能夠探測到輸出的太赫茲波，從而實現溫控開關的效果。

所述的半圓柱形高阻硅棱鏡4的半徑為10～20mm。所述的空氣介質層5的厚度為280～285um。所述的光柵表面金屬層6的厚度為100～105um。所述的高阻硅7的厚度為70～75um，寬度為25～30um。所述的周期性矩形開槽8的一個周期長度為60～65um、槽深70～75um、槽口寬度25～30um。

實施例1

1THz頻率太赫茲波高速溫控開關裝置：

選擇太赫茲通信用的太赫茲波頻率為1THz。如圖1所示，太赫茲波高速溫控開關包括太赫茲波輸入端1、太赫茲波輸出端2、太赫茲波探測器3、半圓柱形高阻硅棱鏡4、空氣介質層5、光柵表面金屬層6、高阻硅7；光柵表面金屬層6的槽內填充有高阻硅7，半圓柱形高阻棱鏡4下表面設有空氣介質層5，空氣介質層5下方設有光柵表面金屬層6，半圓柱形高阻硅棱鏡4的左上端設有太赫茲波輸入端1，右上端設有太赫茲波輸出端2，太赫茲波探測器3位于太赫茲波輸出端2的右上端，太赫茲波從太赫茲波輸入端1輸入，進入半圓柱形高阻硅棱鏡4，經反射后從太赫茲波輸出端2輸出，由太赫茲波探測器3探測輸出的太赫茲波。太赫茲波以35°角度從太赫茲波輸入端1入射，當高阻硅7的溫度為25℃時，其折射率為3.45，棱鏡結構產生偽表面等離子體共振，能量大部分在光柵表面金屬層6與空氣介質層傳輸5，反射至太赫茲波輸出端2輸出的太赫茲波極少，幾乎為0，此時太赫茲波探測器3探測不到輸出的太赫茲波；當加熱高阻硅7至溫度為65℃時，其折射率變化為3.4596，從太赫茲波輸入端1入射的太赫茲波反射至太赫茲波輸出端2輸出，太赫茲波探測器3能夠探測到輸出的太赫茲波，從而實現溫控開關的效果。

半圓柱形高阻硅棱鏡的半徑為10mm，材料選用遠紅外石英玻璃，它在太赫茲頻段的折射率為1.94。空氣介質層的厚度為280um。光柵表面金屬層的厚度為100um，材料選用為金。高阻硅的厚度為70um，寬度為25um。周期性矩形開槽的一個周期長度為60um、槽深70um、槽口寬度25um。太赫茲波高速溫控開關的各項性能指標采用COMSOL Multiphysics軟件進行測試，仿真時對一個單元結構設置周期性邊界條件，圖2為不同溫度時太赫茲波輸出功率隨太赫茲波的入射角變化的曲線，可以看到當入射角度定為35°，溫度為25℃時，輸出功率接近0，溫度為65℃時，輸出功率接近1，結果顯示所設計的溫控太赫茲開關能夠實現溫控開關的功能。