專利名稱：基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲波開關(guān)，尤其涉及一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)。
背景技術(shù)：
太赫茲(Terahertz，簡稱THz)輻射是對一個特定波段的電磁輻射的統(tǒng)稱，通常它是指頻率在O. ITHflOTHz之間的電磁波。直到上世紀80年代中期以前，人們對這個頻段的電磁波特性知之甚少，形成了遠紅外線和毫米波之間所謂的“太赫茲空隙”(TerahertzGap)，從頻譜上看，太赫茲輻射在電磁波譜中介于微波與紅外輻射之間；在電子學領(lǐng)域，太赫茲輻射被稱為毫米波或亞毫米波；在光學領(lǐng)域，它又被稱為遠紅外射線；從能量上看，太赫茲波段的能量介于電子和光子之間。對太赫茲波段進行廣泛的研究是從20世紀80年代中期以超快光電子學為基礎(chǔ)的脈沖太赫茲技術(shù)產(chǎn)生以后。隨著低尺度半導體技術(shù)、超快激 光技術(shù)以及超快光電子技術(shù)的飛速發(fā)展，太赫茲技術(shù)表現(xiàn)出了極大的應(yīng)用潛力，在物理、化學、生物學、材料、醫(yī)學、通信等領(lǐng)域具有重大的科學價值和廣泛的應(yīng)用前景。太赫茲波段具有頻率高、帶寬寬、信道數(shù)多等特點，特別適合用于局域網(wǎng)以及寬帶移動通信。用太赫茲通信可以獲得IOGbps的無線傳輸速度，這比目前的超寬帶技術(shù)快幾百甚至上千倍。太赫茲無線通信能提供Gbps甚至更大容量的多重數(shù)據(jù)信道，數(shù)據(jù)帶寬將會超過現(xiàn)有無線協(xié)議，如IEEE820. Ilb 等。在太赫茲技術(shù)及應(yīng)用中，太赫茲波功能器件的研究是太赫茲技術(shù)發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)。雖然國內(nèi)外對于太赫茲波功能器件的研究已經(jīng)逐漸展開，但是太赫茲波功能器件作為太赫茲波科學技術(shù)應(yīng)用中的重點和難點，仍然需要投入大量的人力和物力進行深入的探索和研究。太赫茲波開關(guān)是一種非常重要的太赫茲波器件，用于控制太赫茲波的傳輸。現(xiàn)有的太赫茲波開關(guān)往往結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大并且價格昂貴，因此有必要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，制作方便，消光比高的太赫茲波開關(guān)以滿足未來太赫茲波技術(shù)應(yīng)用需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)復雜，實際制作困難，成本高的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小的基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)包括信號輸入端、信號輸出端、基板、輸入端縫隙、半圓耦合縫隙區(qū)域、短連接線縫隙、左開口圓環(huán)縫隙、橢圓耦合縫隙、輸出端縫隙、長連接線縫隙、右開口圓環(huán)縫隙、矩形耦合縫隙、激光輸入端；基板上設(shè)有輸入端縫隙、半圓耦合縫隙區(qū)域、短連接線縫隙、左開口圓環(huán)縫隙、橢圓耦合縫隙、輸出端縫隙、長連接線縫隙、右開口圓環(huán)縫隙、矩形耦合縫隙，半圓耦合縫隙區(qū)域為反向設(shè)置的左右兩個半圓環(huán)，半圓耦合縫隙區(qū)域的左半圓環(huán)下端、左半圓環(huán)上端、右半圓環(huán)下端、右半圓環(huán)上端分別對應(yīng)與輸入端縫隙、短連接線縫隙一端、輸出端縫隙和長連接線縫隙一端相連，短連接線縫隙的另一端與左開口圓環(huán)縫隙連接，離左開口圓環(huán)縫隙上端20 μ πΓ30 μ m處設(shè)有橢圓耦合縫隙，長連接線縫隙另一端與右開口圓環(huán)縫隙連接，輸出端縫隙和長連接線縫隙之間設(shè)有矩形耦合縫隙，夕卜加激光垂直照射在矩形耦合縫隙區(qū)域；太赫茲波輸入端輸入，在沒有外加激光照射矩形耦合縫隙區(qū)域的條件下，頻率為O. 40THZ的太赫茲波經(jīng)過半圓耦合縫隙區(qū)域、輸出端縫隙后，直接從信號輸出端輸出，在有外加激光照射矩形耦合縫隙區(qū)域時，頻率為O. 40THz的太赫茲波被耦合進橢圓耦合縫隙區(qū)域和矩形耦合縫隙區(qū)域，不能從信號輸出端輸出，實現(xiàn)對頻率為O. 40THz的太赫茲波的通斷功能。所述的基板的長度為2820 μ ηΓ2850 μ m,寬度為1100 μ ηΓ 200 μ m,高度為300 μ m^400 μ m0所述的縫隙的深度為100 μ πΓ 50 μ m，縫隙的寬度為60 μ πΓ70 μ m。所述的輸入端縫隙的長度為700μπΓ800μπι;所述的半圓耦合縫隙區(qū)域的外半圓半徑為350 μ πΓ400 μ m。所述的短連接線縫隙長度為100 μ πΓ 50 μ m。所述的左開口圓環(huán)縫隙和右開口圓環(huán)縫隙的外環(huán)半徑均為100 μ πΓ200 μ m,內(nèi)環(huán)半徑均為40 μ πΓ 40 μ m ;所述的橢圓耦合縫隙的外側(cè)橢圓的長軸為200 μ πΓ400 μ m,短軸為150 μ πΓ200 μ m。所述的輸出端縫隙的長度為1400 μ πΓ 600 μ m ;所述的長連接線縫隙的長度為700 μ πΓ800 μ m。所述的矩形耦合縫隙的外框長度、寬度分別為660 μ πΓ700 μ m、500 μ πΓ540 μ m。 本發(fā)明的基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單，消光比高，尺寸小，成本低，便于制作、易于集成等優(yōu)點，滿足在太赫茲波成像，醫(yī)學分析，太赫茲波通信等領(lǐng)域應(yīng)用的要求。


圖I是基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意 圖2是基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)通狀態(tài)下的性能曲線 圖3是基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)斷狀態(tài)下的性能曲線圖。
具體實施例方式如圖I所示，基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)包括信號輸入端I、信號輸出端2、基板
3、輸入端縫隙4、半圓耦合縫隙區(qū)域5、短連接線縫隙6、左開口圓環(huán)縫隙7、橢圓耦合縫隙8、輸出端縫隙9、長連接線縫隙10、右開口圓環(huán)縫隙11、矩形耦合縫隙12、激光輸入端13 ;基板3上設(shè)有輸入端縫隙4、半圓耦合縫隙區(qū)域5、短連接線縫隙6、左開口圓環(huán)縫隙7、橢圓耦合縫隙8、輸出端縫隙9、長連接線縫隙10、右開口圓環(huán)縫隙11、矩形耦合縫隙12，半圓耦合縫隙區(qū)域5為反向設(shè)置的左右兩個半圓環(huán)，半圓耦合縫隙區(qū)域5的左半圓環(huán)下端、左半圓環(huán)上端、右半圓環(huán)下端、右半圓環(huán)上端分別對應(yīng)與輸入端縫隙4、短連接線縫隙6 —端、輸出端縫隙9和長連接線縫隙10—端相連，短連接線縫隙6的另一端與左開口圓環(huán)縫隙7連接，離左開口圓環(huán)縫隙7上端20 μ πΓ30 μ m處設(shè)有橢圓耦合縫隙8，長連接線縫隙10另一端與右開口圓環(huán)縫隙11連接，輸出端縫隙9和長連接線縫隙10之間設(shè)有矩形耦合縫隙12，夕卜加激光垂直照射在矩形耦合縫隙12區(qū)域；太赫茲波輸入端I輸入，在沒有外加激光照射矩形耦合縫隙12區(qū)域的條件下，頻率為O. 40THz的太赫茲波經(jīng)過半圓耦合縫隙區(qū)域5、輸出端縫隙9后，直接從信號輸出端2輸出，在有外加激光照射矩形耦合縫隙12區(qū)域時，頻率為
O.40THz的太赫茲波被耦合進橢圓耦合縫隙8區(qū)域和矩形耦合縫隙12區(qū)域，不能從信號輸出端2輸出，實現(xiàn)對頻率為O. 40THz的太赫茲波的通斷功能。所述的基板3的長度為2820 μ πΓ2850 μ m,寬度為1100 μ ηΓ 200 μ m,高度為300 μ m^400 μ m0所述的縫隙的深度為100 μ πΓ 50 μ m，縫隙的寬度為60 μ πΓ70 μ m。所述的輸入端縫隙4的長度為700 μ πΓ800 μ m ;所述的半圓耦合縫隙區(qū)域5的外半圓半徑為350 μ πΓ400 μ m。所述的短連接線縫隙6長度為100 μ πΓ 50 μ m。所述的左開口圓環(huán)縫隙7和右開口圓環(huán)縫隙11的外環(huán)半徑均為100 μ πΓ200 μ m,內(nèi)環(huán)半徑均為40 μ πΓ 40 μ m ;所述的橢圓耦合縫隙8的外側(cè)橢圓的長軸為200 μ πΓ400 μ m,短軸為150 μ πΓ200 μ m。所述的輸出端縫隙9的長度為1400 μ πΓ 600 μ m ;所述的長連接線縫隙10的長度為700 μ πΓ800 μ m。所述的矩形耦合縫隙12的外框長度、寬度分別為660 μ πΓ700 μ m、500 μ πΓ540 μ m。實施例I
基板的長度為2820 μ m，寬度為1100 μ m，高度為300 μ m。縫隙的深度為150 μ m，縫隙的寬度為60 μ m。輸入端縫隙的長度為700 μ m ;半圓稱合縫隙區(qū)域的外半圓半徑為350 μ m。短連接線縫隙長度為100 μ m。左開口圓環(huán)縫隙和右開口圓環(huán)縫隙的外環(huán)半徑均為100 μ m,內(nèi)環(huán)半徑均為40 μ m ;離左開口圓環(huán)縫隙上端20 μ m處設(shè)有橢圓耦合縫隙，橢圓耦合縫隙的外側(cè)橢圓的長軸為200 μ m,短軸為150 μ m。輸出端縫隙的長度為1400 μ m ;長連接線縫 隙的長度為800 μ m。矩形耦合縫隙的外框長度、寬度分別為660 μ m、540 μ m。太赫茲波信號從信號輸入端輸入，在沒有外加激光照射的條件下，特定頻率的太赫茲波從信號輸出端直接輸出；當有外加激光照射矩形耦合縫隙區(qū)域時，該特定頻率的太赫茲波被耦合進橢圓耦合縫隙區(qū)域和矩形耦合縫隙區(qū)域，太赫茲波信號不能從信號輸出端輸出。基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)通、斷狀態(tài)下的性能曲線如圖2和圖3所示，在無外加激光照射的條件下，頻率為f=0. 40THz的太赫茲波的傳輸率高達O. 99，開關(guān)表現(xiàn)為通；當有外加激光照射矩形耦合縫隙區(qū)域時，f=0. 40THz的太赫茲波的傳輸率僅為O. 01，開關(guān)表現(xiàn)為斷。這說明設(shè)計的基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)具有優(yōu)良的性能。
權(quán)利要求
1.一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，其特征在于包括信號輸入端(I)、信號輸出端(2)、基板(3)、輸入端縫隙(4)、半圓耦合縫隙區(qū)域(5)、短連接線縫隙(6)、左開口圓環(huán)縫隙(7)、橢圓耦合縫隙(8)、輸出端縫隙(9)、長連接線縫隙(10)、右開口圓環(huán)縫隙(11)、矩形耦合縫隙(12)、激光輸入端(13);基板(3)上設(shè)有輸入端縫隙(4)、半圓耦合縫隙區(qū)域(5)、短連接線縫隙(6)、左開口圓環(huán)縫隙(7)、橢圓耦合縫隙(8)、輸出端縫隙(9)、長連接線縫隙(10)、右開口圓環(huán)縫隙(11)、矩形耦合縫隙(12)，半圓耦合縫隙區(qū)域(5)為反向設(shè)置的左右兩個半圓環(huán)，半圓稱合縫隙區(qū)域(5)的左半圓環(huán)下端、左半圓環(huán)上端、右半圓環(huán)下端、右半圓環(huán)上端分別對應(yīng)與輸入端縫隙(4)、短連接線縫隙(6)—端、輸出端縫隙(9)和長連接線縫隙(10)—端相連，短連接線縫隙(6)的另一端與左開口圓環(huán)縫隙(7)連接，離左開口圓環(huán)縫隙(7)上端20 μ πΓ30 μ m處設(shè)有橢圓耦合縫隙(8)，長連接線縫隙(10)另一端與右開口圓環(huán)縫隙(11)連接，輸出端縫隙(9)和長連接線縫隙(10)之間設(shè)有矩形耦合縫隙(12)，外力口 激光垂直照射在矩形耦合縫隙(12)區(qū)域；太赫茲波輸入端(I)輸入，在沒有外加激光照射矩形耦合縫隙(12)區(qū)域的條件下，頻率為O. 40THz的太赫茲波經(jīng)過半圓耦合縫隙區(qū)域(5)、輸出端縫隙(9)后，直接從信號輸出端(2)輸出，在有外加激光照射矩形耦合縫隙(12)區(qū)域時，頻率為O. 40THz的太赫茲波被耦合進橢圓耦合縫隙(8)區(qū)域和矩形耦合縫隙(12)區(qū)域，不能從信號輸出端(2)輸出，實現(xiàn)對頻率為O. 40THz的太赫茲波的通斷功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，其特征在于所述的基板(3)的長度為2820 μ m 2850 μ m,寬度為 1100 μ m 1200 μ m,高度為 300 μ πΓ400 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，其特征在于所述的縫隙的深度為100 μ πΓ 50 μ m,縫隙的寬度為60 μ πΓ70 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，其特征在于所述的輸入端縫隙(4)的長度為700 μ πΓ800 μ m ;所述的半圓稱合縫隙區(qū)域(5)的外半圓半徑為350 μ m 400 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，其特征在于所述的短連接線縫隙(6)長度為100μπΓ 50μπι。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，其特征在于所述的左開口圓環(huán)縫隙(7)和右開口圓環(huán)縫隙(11)的外環(huán)半徑均為100μπΓ200μπι，內(nèi)環(huán)半徑均為40 μ πΓ 40 μ m ;所述的橢圓耦合縫隙(8)的外側(cè)橢圓的長軸為200 μ πΓ400 μ m,短軸為150 μ m 200 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，其特征在于所述的輸出端縫隙(9)的長度為1400μπΓ 600μπι;所述的長連接線縫隙(10)的長度為700 μ m 800 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，其特征在于所述的矩形耦合縫隙(12)的外框長度、寬度分別為660 μ πΓ700 μ m、500 μ πΓ540 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)。它包括信號輸入端、信號輸出端、基板、輸入端縫隙、半圓耦合縫隙區(qū)域、短連接線縫隙、左開口圓環(huán)縫隙、橢圓耦合縫隙、輸出端縫隙、長連接線縫隙、右開口圓環(huán)縫隙、矩形耦合縫隙、激光輸入端；基板上設(shè)有輸入端縫隙、半圓耦合縫隙區(qū)域、短連接線縫隙、左開口圓環(huán)縫隙、橢圓耦合縫隙、輸出端縫隙、長連接線縫隙、右開口圓環(huán)縫隙、矩形耦合縫隙，信號從信號輸入端輸入，從信號輸出端輸出。本發(fā)明的基于縫隙結(jié)構(gòu)的太赫茲波開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單，消光比高，尺寸小，成本低，便于制作、易于集成等優(yōu)點，滿足在太赫茲波成像，醫(yī)學分析，太赫茲波通信等領(lǐng)域應(yīng)用的要求。
文檔編號H01P1/10GK102928997SQ20121044996
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者李九生 申請人:中國計量學院