本發明涉及太赫茲波分束器，尤其涉及一種硅陣列結構的太赫茲波偏振分束器。

背景技術：

近年來，在電磁波譜上介于發展已相當成熟的毫米波和紅外光之間的太赫茲波無疑是一個嶄新的研究領域。太赫茲波頻率0.1～10THz，波長為30μm～3mm。長期以來，由于缺乏有效的太赫茲波產生和檢測方法，與傳統的微波技術和光學技術相比較，人們對該波段電磁輻射性質的了解甚少，以至于該波段成為了電磁波譜中的太赫茲空隙。隨著太赫茲輻射源和探測技術的突破，太赫茲獨特的優越特性被發現并在材料科學、氣體探測、生物和醫學檢測、通信等方面展示出巨大的應用前景。可以說太赫茲技術科學不僅是科學技術發展中的重要基礎問題，又是新一代信息產業以及基礎科學發展的重大需求。高效的太赫茲輻射源和成熟的檢測技術是推動太赫茲技術科學發展和應用的首要條件，但太赫茲技術的廣泛應用離不開滿足不同應用領域要求的實用化功能器件的支撐。在太赫茲通信、多譜成像、物理、化學等眾多應用系統中，對太赫茲波導、開關、偏振分束器、濾波及功分等功能器件的需求是迫切的。

太赫茲波偏振分束器是一類重要的太赫茲波功能器件，近年來太赫茲波偏振分束器已成為國內外研究的熱點和難點。然而現有的太赫茲波偏振分束器大都存在著結構復雜、偏振分束效率低、成本高等諸多缺點，所以研究結構簡單、偏振分束效率高、成本低、尺寸小，具有可調性能的太赫茲波偏振分束器意義重大。

技術實現要素：

本發明為了克服現有技術不足，提供一種結構簡單、偏振分束效率高的太赫茲波偏振分束器。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

硅陣列結構的太赫茲波偏振分束器，包括基底層、中央矩形硅波導、左一長矩形硅波導、左二長矩形硅波導、左三長矩形硅波導、中一短矩形硅波導、中二短矩形硅波導、中三短矩形硅波導、下一長矩形硅波導、下二長矩形硅波導、右一長矩形硅波導、倒L形硅波導、右二長矩形硅波導、L形硅波導、信號輸入端、第一信號輸出端、第二信號輸出端；基底層左側中央設有中央矩形硅波導，中央矩形硅波導上部與左一長矩形硅波導、左二長矩形硅波導、左三長矩形硅波導、中一短矩形硅波導、中二短矩形硅波導、中三短矩形硅波導相連，中央矩形硅波導下部與下一長矩形硅波導、下二長矩形硅波導相連，右一長矩形硅波導的右端與倒L形硅波導的左端相連，右二長矩形硅波導的右端與L形硅波導的左端相連；中央矩形硅波導的左端設有信號輸入端，倒L形硅波導的右端設有第一信號輸出端，L形硅波導的右端設有第二信號輸出端，信號從信號輸入端輸入，第一信號輸出端輸出TE波，第二信號輸出端輸出TM波，獲得偏振分束性能。

太赫茲波偏振分束器的具體結構參數可做如下優選：所述的基底層的材料為二氧化硅，折射率為1.5，其長度為22～24μm，寬度為16～18μm，厚度為9～10μm。所述的中央矩形硅波導的長度為16～18μm，寬度為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的左一長矩形硅波導的左側與基底層左側邊緣的距離為2～2.5μm。左一長矩形硅波導與左二長矩形硅波導之間、左二長矩形硅波導與左三長矩形硅波導之間的距離相等均為1～1.5μm，左一長矩形硅波導與左三長矩形硅波導的尺寸參數相同，長度均為6～6.5μm，寬度均為1～1.5μm，厚度均為0.4～0.5μm，左二長矩形硅波導的長度為7～7.5μm，寬度為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的中一短矩形硅波導與左三長矩形硅波導之間、中一短矩形硅波導與中二短矩形硅波導之間、中二短矩形硅波導與中三短矩形硅波導之間的距離相等均為2～2.5μm，中一短矩形硅波導與中三短矩形硅波導的尺寸參數相同，長度和寬度均為2～2.5μm，厚度均為0.4～0.5μm，中二短矩形硅波導的長度為2.5～3μm，寬度為2～2.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的下一長矩形硅波導的左側與基底層左側邊緣的距離為3～3.5μm，下一長矩形硅波導與下二長矩形硅波導之間的距離為1～1.5μm，下一長矩形硅波導與下二長矩形硅波導的尺寸參數相同，長度均為7～7.5μm，寬度均為1～1.5μm，厚度均為0.4～0.5μm。所述的右一長矩形硅波導與右二長矩形硅波導位于中央矩形硅波導兩側，右一長矩形硅波導與中央矩形硅波導之間的距離為3～3.5μm，右二長矩形硅波導與中央矩形硅波導之間的距離為0.4～0.5μm，右一長矩形硅波導與右二長矩形硅波導的尺寸參數相同，長度均為11～13μm，寬度均為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的倒L形硅波導的底端與右一長矩形硅波導的右端相連，倒L形硅波導的總長度(指該部件的整體長度，即長度方向兩側邊緣的間距，下同)為5.5～6μm，總寬度(指該部件的整體寬度，即寬度方向兩側邊緣的間距，下同)為4.5～5μm，寬度(指該部件的橫斷面處硅波導的寬度，下同)為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的L形硅波導的頂端與右二長矩形硅波導的右端相連，L形硅波導的總長度為8～9μm，總寬度為4.5～5μm，寬度為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。

本發明的硅陣列結構的太赫茲波偏振分束器具有結構簡單緊湊，偏振分束效率高，尺寸小，體積小，便于制作，可調等優點，滿足在太赫茲波成像、醫學診斷、太赫茲波通信等領域應用的要求。

附圖說明

圖1是硅陣列結構的太赫茲波偏振分束器的結構示意圖；

圖2是硅陣列結構的太赫茲波偏振分束器的第一信號輸出端輸出功率曲線；

圖3是硅陣列結構的太赫茲波偏振分束器的第二信號輸出端輸出功率曲線。

具體實施方式

如圖1所示，一種硅陣列結構的太赫茲波偏振分束器，包括基底層1、中央矩形硅波導2、左一長矩形硅波導3、左二長矩形硅波導4、左三長矩形硅波導5、中一短矩形硅波導6、中二短矩形硅波導7、中三短矩形硅波導8、下一長矩形硅波導9、下二長矩形硅波導10、右一長矩形硅波導11、倒L形硅波導12、右二長矩形硅波導13、L形硅波導14、信號輸入端15、第一信號輸出端16、第二信號輸出端17；基底層1左側中央設有中央矩形硅波導2，中央矩形硅波導2上部與左一長矩形硅波導3、左二長矩形硅波導4、左三長矩形硅波導5、中一短矩形硅波導6、中二短矩形硅波導7、中三短矩形硅波導8相連，中央矩形硅波導2下部與下一長矩形硅波導9、下二長矩形硅波導10相連，右一長矩形硅波導11的右端與倒L形硅波導12的左端相連，右二長矩形硅波導13的右端與L形硅波導14的左端相連；中央矩形硅波導2的左端設有信號輸入端15，倒L形硅波導12的右端設有第一信號輸出端16，L形硅波導14的右端設有第二信號輸出端17，信號從信號輸入端15輸入，第一信號輸出端16輸出TE波，第二信號輸出端17輸出TM波，獲得偏振分束性能。

所述的基底層1的材料為二氧化硅，折射率為1.5，其長度為22～24μm，寬度為16～18μm，厚度為9～10μm。所述的中央矩形硅波導2的長度為16～18μm，寬度為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的左一長矩形硅波導3的左側與基底層1左側邊緣的距離為2～2.5μm。左一長矩形硅波導3與左二長矩形硅波導4之間、左二長矩形硅波導4與左三長矩形硅波導5之間的距離相等均為1～1.5μm，左一長矩形硅波導3與左三長矩形硅波導5的尺寸參數相同，長度均為6～6.5μm，寬度均為1～1.5μm，厚度均為0.4～0.5μm，左二長矩形硅波導4的長度為7～7.5μm，寬度為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的中一短矩形硅波導6與左三長矩形硅波導5之間、中一短矩形硅波導6與中二短矩形硅波導7之間、中二短矩形硅波導7與中三短矩形硅波導8之間的距離相等均為2～2.5μm，中一短矩形硅波導6與中三短矩形硅波導8的尺寸參數相同，長度和寬度均為2～2.5μm，厚度均為0.4～0.5μm，中二短矩形硅波導7的長度為2.5～3μm，寬度為2～2.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的下一長矩形硅波導9的左側與基底層1左側邊緣的距離為3～3.5μm，下一長矩形硅波導9與下二長矩形硅波導10之間的距離為1～1.5μm，下一長矩形硅波導9與下二長矩形硅波導10的尺寸參數相同，長度均為7～7.5μm，寬度均為1～1.5μm，厚度均為0.4～0.5μm。所述的右一長矩形硅波導11與右二長矩形硅波導13位于中央矩形硅波導2兩側，右一長矩形硅波導11與中央矩形硅波導2之間的距離為3～3.5μm，右二長矩形硅波導13與中央矩形硅波導2之間的距離為0.4～0.5μm，右一長矩形硅波導11與右二長矩形硅波導13的尺寸參數相同，長度均為11～13μm，寬度均為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的倒L形硅波導12的底端與右一長矩形硅波導11的右端相連，倒L形硅波導12的總長度為5.5～6μm，總寬度為4.5～5μm，寬度為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。所述的L形硅波導14的頂端與右二長矩形硅波導13的右端相連，L形硅波導14的總長度為8～9μm，總寬度為4.5～5μm，寬度為1～1.5μm，厚度為0.4～0.5μm。

實施例1

本實施例中，太赫茲波偏振分束器的結構亦如前所述(圖1)，具體結構在此不再贅敘。太赫茲波偏振分束器的結構參數具體為：基底層的材料為二氧化硅，折射率為1.5，其長度為22.5μm，寬度為17μm，厚度為10μm。中央矩形硅波導的長度為17μm，寬度為1μm，厚度為0.5μm。左一長矩形硅波導的左側與基底層左側邊緣的距離為2μm。左一長矩形硅波導與左二長矩形硅波導之間、左二長矩形硅波導與左三長矩形硅波導之間的距離相等均為1μm，左一長矩形硅波導與左三長矩形硅波導的尺寸參數相同，長度均為6μm，寬度均為1μm，厚度均為0.5μm，左二長矩形硅波導的長度為7μm，寬度為1μm，厚度為0.5μm。中一短矩形硅波導與左三長矩形硅波導之間、中一短矩形硅波導與中二短矩形硅波導之間、中二短矩形硅波導與中三短矩形硅波導之間的距離相等均為2μm，中一短矩形硅波導與中三短矩形硅波導的尺寸參數相同，長度和寬度均為2μm，厚度均為0.5μm，中二短矩形硅波導的長度為2.5μm，寬度為2μm，厚度為0.5μm。下一長矩形硅波導的左側與基底層左側邊緣的距離為3μm，下一長矩形硅波導與下二長矩形硅波導之間的距離為1μm，下一長矩形硅波導與下二長矩形硅波導的尺寸參數相同，長度均為7μm，寬度均為1μm，厚度均為0.5μm。右一長矩形硅波導與右二長矩形硅波導位于中央矩形硅波導兩側，右一長矩形硅波導與中央矩形硅波導之間的距離為3μm，右二長矩形硅波導與中央矩形硅波導之間的距離為0.5μm，右一長矩形硅波導與右二長矩形硅波導的尺寸參數相同，長度均為12μm，寬度均為1μm，厚度為0.5μm。倒L形硅波導的底端與右一長矩形硅波導的右端相連，倒L形硅波導的總長度為5.5μm，總寬度為4.5μm，寬度為1μm，厚度為0.5μm。L形硅波導的頂端與右二長矩形硅波導的右端相連，L形硅波導的總長度為8μm，總寬度為4.5μm，寬度為1μm，厚度為0.5μm。硅陣列結構的太赫茲波偏振分束器的第一信號輸出端的TE波、TM波功率曲線如圖2所示，TE波的輸出效率介于-1.5～-2dB，TM波的輸出效率介于-17.5～-24dB；硅陣列結構的太赫茲波偏振分束器的第二信號輸出端的TM波、TE波功率曲線如圖3所示，TM波的輸出效率介于-1.5～-2.2dB，TE波的輸出效率介于-18.5～-23.5dB。可以看出，第一信號輸出端輸出是TE波，而第二信號輸出端輸出的是TM波，實現了偏振分束功能。