一種基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太赫茲波檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代無線通訊技術(shù)的發(fā)展，超寬頻技術(shù)在近年來受到人們的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)代通信產(chǎn)品應(yīng)用極為廣泛，每個產(chǎn)品使用的頻段各不相同，要同時使用這些頻帶需要一種寬頻的收發(fā)系統(tǒng)。
[0003]共面波導(dǎo)是實現(xiàn)寬頻技術(shù)的重要手段。其實際是表面等離子體激元共振，是存在于金屬和電介質(zhì)界面的一種電荷密度振蕩本征模式，可以通過入射光經(jīng)棱鏡耦合、光柵耦合或波導(dǎo)耦合來激發(fā)產(chǎn)生?；诠裁娌▽?dǎo)雙層結(jié)構(gòu)的超寬頻濾波器，通過將兩個相同結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)，垂直翻轉(zhuǎn)并疊加，實現(xiàn)頻帶的擴寬。
[0004]共面波導(dǎo)雙層結(jié)構(gòu)的超寬頻濾波器的工作原理是:入射光激發(fā)金屬薄膜和電介質(zhì)界面產(chǎn)生表面等離子體激元。雖然波導(dǎo)耦合的表面等離子體激元的波導(dǎo)濾波器和高保線結(jié)構(gòu)在可見光波段已是一項很成熟的技術(shù)，但工作在太赫茲波段的相應(yīng)系統(tǒng)還很少報道，尤其是高保線和雙層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的超寬頻濾波器還未曾涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)，采用了如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明提供的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)具有這樣的技術(shù)特征，具有:襯底以及設(shè)置于襯底的上表面上的金屬層。該金屬層包括:信號獲取部，為共面波導(dǎo)，用于從上位裝置獲取太赫茲波，并將其轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)準(zhǔn)TEM波模式；第一模式轉(zhuǎn)換部，與信號獲取部連接，包括Vivaldi天線以及第一雙波導(dǎo)，Vivaldi天線用于和信號獲取部的阻抗相匹配，第一雙波導(dǎo)包括結(jié)構(gòu)相同且對稱連接的第一上波導(dǎo)以及第一下波導(dǎo)，兩波導(dǎo)上均設(shè)置有復(fù)數(shù)個槽深逐漸增大的凹槽，用于激發(fā)表面等離子激元，將太赫茲波由準(zhǔn)TEM波模式轉(zhuǎn)化為表面波模式；傳導(dǎo)部，與第一模式轉(zhuǎn)換部連接，用于讓表面波傳導(dǎo)，包括與第一雙波導(dǎo)連接第二雙波導(dǎo)，包括結(jié)構(gòu)相同且對稱連接的第二上波導(dǎo)以及第二下波導(dǎo)，兩個波導(dǎo)均設(shè)置有復(fù)數(shù)個固定槽深的凹槽，槽深與第一雙波導(dǎo)中最大的槽深相同；第二模式轉(zhuǎn)換部，與第一模式轉(zhuǎn)換部沿傳導(dǎo)檢測部的中心線相對稱，用于將太赫茲波由表面波模式轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)準(zhǔn)TEM波模式；以及信號輸出部，和第二模式轉(zhuǎn)換部連接，用于將太赫茲波傳輸給下位分析設(shè)備。
[0007]本發(fā)明提供的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征，還包括:矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，通過兩個探針分別和信號獲取部以及信號輸出部連接，用于發(fā)射和探測太赫茲波信號。
[0008]本發(fā)明提供的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征:共面波導(dǎo)包括中心帶以及位于中心帶兩側(cè)且與中心帶間隔一定間距的接地帶，中心帶和接地帶之間的兩個槽口分別作為信號獲取部以及信號接受部的能量傳輸端口，和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的探針連接。
[0009]本發(fā)明提供的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征=Vivaldi天線包括開路腔、槽線以及指數(shù)線，第一雙波導(dǎo)沿槽線向第二雙波導(dǎo)處延伸。
[0010]本發(fā)明提供的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征:能量傳輸端口的寬度為50 μπι，中心帶與接地帶之間的間距為4.7 μπι，接地帶的高度為50 ?100 μ mD
[0011]本發(fā)明提供的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征:第一上波導(dǎo)由第一下波導(dǎo)垂直翻轉(zhuǎn)得到，與第一下波導(dǎo)對稱接觸連接，第二上波導(dǎo)由第二下波導(dǎo)垂直翻轉(zhuǎn)得到，與第二下波導(dǎo)對稱接觸連接。
[0012]本發(fā)明提供的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征:襯底由石英、聚苯二甲酸乙二醇酯以及聚酰亞胺中的任意一種材料制成。
[0013]發(fā)明作用與效果
[0014]本發(fā)明提供了一種基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)，通過垂直翻轉(zhuǎn)疊加的雙層波導(dǎo)耦合，激發(fā)表面等離子激元，實現(xiàn)超寬頻濾波。與傳統(tǒng)的單層波導(dǎo)濾波器相比，本發(fā)明運用高效傳輸雙層波導(dǎo)耦合，以一種簡單的方式使頻譜擴寬了兩倍，解決了通信領(lǐng)域?qū)掝l的需求的問題，為后期的科學(xué)研究工作奠定基礎(chǔ)。同時，本發(fā)明提供的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的超寬頻芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明的超寬頻芯片的金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明中的基于雙波導(dǎo)的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)與基于單波導(dǎo)的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)的帶通寬度對比圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0020]圖1是本實施例的基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]如圖1所示，基于超寬頻芯片的太赫茲波時域頻譜系統(tǒng)100包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀200以及超寬頻芯片300。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀200通過探針201和探針202分別和超寬頻芯片300的能量傳輸端口連接，用于發(fā)射和探測太赫茲波信號。
[0022]圖2是本實施例超寬頻芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]如圖2所示，超寬頻芯片300由襯底10和金屬層20組成。金屬層20通過光刻和鍍膜附著在襯底10上。
[0024]本實施例中，金屬層20的材質(zhì)為金，厚度山為500nm。襯底10由襯底由石英、聚苯二甲酸乙二醇酯(PEN)以及聚酰亞胺中的任意一種材料制成，厚度(12為200 μm。
[0025]圖3是本實施例的超寬頻芯片的金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]如圖3所示，金屬層20包括順序連接的信號獲取部1、第一模式轉(zhuǎn)換部2、傳導(dǎo)部
3、第二模式轉(zhuǎn)換部4以及信號輸出部5。信號獲取部I用于從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀200處獲取輸入太赫茲波信號，并將其轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)TEM波模式；第一模式轉(zhuǎn)換部2用于激發(fā)表面等離子激元，將太赫茲波由準(zhǔn)TEM波模式轉(zhuǎn)化為表面波模式；傳導(dǎo)部3用于傳導(dǎo)表面波；第二模式轉(zhuǎn)換部4用于將太赫茲波由表面波模式轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)TEM波模式；信號輸出部5通過探針202和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀200連接，并將太赫茲波傳輸給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀200。
[0027]圖2為圖3的側(cè)視圖，如圖1?圖3所示，信號獲取部I以及信號輸出部5均為共面波導(dǎo)，包括中心帶11以及位于中心帶11兩側(cè)且與中心帶11間隔一定間距g的兩個接地帶12。
[0028]中心帶11和接地帶12之間的兩個槽口分別作為信號獲取部I以及信號輸出部5的能量傳輸端口，和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的探針201以及探針202連接。信號獲取部I通過探針201和SMA連接器連接，進而通過SMA連接器從同軸電纜處獲取輸入信；信號輸出部5通過探針202將檢測完畢的太赫茲波信號傳輸給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀200，進行結(jié)果分析。
[0029]本實施例中，中心帶11的高度h為50 μ m，厚度為金屬層厚度(I1的兩倍。接地帶12的高度為中心帶高度的兩倍，厚度與金屬層的厚度相同。能量傳輸端口的高度g為4.7 μ m，以保證端口 50 Ω的阻抗匹配。
[0030]第一模式轉(zhuǎn)換部2和信號獲取部I的能量傳輸端口連接，由Vivaldi天線的經(jīng)典指數(shù)方程繪出。包括Vivaldi天線21以及第一雙波導(dǎo)22，Vivaldi天線21用于和信號獲取部I的阻抗相匹配，第一雙波導(dǎo)2