專利名稱：高速太赫茲波調(diào)制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速太赫茲波調(diào)制裝置及其方法。
背景技術(shù)：
太赫茲波是指頻率范圍為O. I IOTHz，波長(zhǎng)范圍為3000 30 μ m內(nèi)的介于毫米波與紅外光之間的電磁波。它是宏觀電磁理論向微觀量子理論過渡的區(qū)域，也是電子學(xué)向光子學(xué)的過渡區(qū)域，有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。太赫茲波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置。但長(zhǎng)期以來，由于缺乏有效的太赫茲產(chǎn)生和檢測(cè)方法，人們對(duì)于該波段電磁輻射性質(zhì)的了解非常有限，以至于該波段被稱為電磁波譜中“太赫茲空隙”(Terahertz Gap)。目 前國(guó)際上已經(jīng)成功研制太赫茲波源和檢測(cè)裝置。研究發(fā)現(xiàn)太赫茲波作為一種高頻電磁波比X射線更安全，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、安全檢查、生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、空間天文學(xué)、無損檢測(cè)以及太赫茲通信等許多領(lǐng)域。由于太赫茲波的廣泛應(yīng)用前景，世界各國(guó)對(duì)于太赫茲波科學(xué)技術(shù)的研究都極為重視。由于超快光學(xué)、半導(dǎo)體、電子學(xué)和微加工等技術(shù)的發(fā)展，太赫茲波的產(chǎn)生和探測(cè)技術(shù)逐漸成熟，太赫茲技術(shù)也逐漸成為世界范圍內(nèi)廣泛研究的熱點(diǎn)，目前世界上很多國(guó)家都積極地開展太赫茲方面的研究，在國(guó)內(nèi)也掀起了太赫茲研究的浪潮。太赫茲波產(chǎn)生和探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，大大促進(jìn)了太赫茲技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展。在醫(yī)療診斷、產(chǎn)品檢測(cè)、太赫茲無線通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，太赫茲技術(shù)都有著廣闊的應(yīng)用前景。目前的寬帶已越來越無法滿足人們對(duì)高速率無線通信的需求，由于太赫茲波在無線傳輸速度上可以達(dá)到lOGb/s，比當(dāng)前寬帶技術(shù)要快幾百至一千多倍，因此研發(fā)未來的太赫茲波段無線通信系統(tǒng)能夠有效地滿足信息社會(huì)對(duì)超寬帶高速率的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)際價(jià)值。太赫茲波調(diào)制裝置是太赫茲通信系統(tǒng)中關(guān)鍵器件，不少科學(xué)家已開展對(duì)太赫茲波調(diào)制裝置的研究。但是現(xiàn)有的一些太赫茲波調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作困難、價(jià)格昂貴，響應(yīng)時(shí)間慢，難以調(diào)節(jié)。因此迫切需要研究出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、制作方便、響應(yīng)時(shí)間快的太赫茲波調(diào)制裝置來滿足太赫茲實(shí)際應(yīng)用的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高速太赫茲波調(diào)制裝置及其方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
高速太赫茲波調(diào)制裝置包括太赫茲波輸入端、激光輸入端、太赫茲波輸出端、太赫茲波探測(cè)器、半圓柱形高阻硅透鏡、金屬薄膜層和基體；在基體上設(shè)有金屬薄膜層，金屬薄膜層上設(shè)有半圓柱形高阻硅透鏡，半圓柱形高阻硅透鏡下底面為長(zhǎng)方形，半圓柱形高阻硅透鏡下底面與金屬薄膜層相連，太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入，在沒有外加激光的條件下，太赫茲波被反射回太赫茲波輸出端，太赫茲波輸出端相應(yīng)位置設(shè)有太赫茲波探測(cè)器。
所述的太赫茲波輸入端輸入的太赫茲波的入射角度〃為5° "85°。所述的金屬薄膜層的材料為銀，厚度為O. IMm、.5μπι。所述的基體為聚合物材料，厚度為IOOMm 110 μ m0高速太赫茲波調(diào)制方法是當(dāng)頻率為O. 5THz的太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入時(shí)，在沒有外加激光從激光輸入端輸入的條件下，太赫茲波經(jīng)過半圓柱形高阻硅透鏡到達(dá)金屬薄膜層后，被反射回太赫茲波輸出端，從而能夠被相應(yīng)的太赫茲波探測(cè)器探測(cè)；當(dāng)有外加激光從激光輸入端輸入時(shí)，聚合物材料基體的折射率會(huì)迅速發(fā)生變化，所述裝置的導(dǎo)波諧振頻率發(fā)生改變，太赫茲波將在金屬薄膜層和基體之間進(jìn)行傳輸，不能反射回太赫茲波輸出端，相應(yīng)的太赫茲波探測(cè)器探測(cè)不到太赫茲波，從而實(shí)現(xiàn)高速太赫茲波調(diào)制。本發(fā)明的高速太赫茲波調(diào)制裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小、制作方便，響應(yīng)速度快，易于調(diào)節(jié)，滿足在太赫茲波成像、產(chǎn)品檢測(cè)、太赫茲無線通信系統(tǒng)等領(lǐng)域應(yīng)用要求。



圖I是高速太赫茲波調(diào)制裝置的立體結(jié)構(gòu)示意 圖2是高速太赫茲波調(diào)制裝置的平面結(jié)構(gòu)示意 圖3是歸一化光照強(qiáng)度曲線示意 圖4是太赫茲波探測(cè)器探測(cè)到的太赫茲波幅值曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖f 2所示，高速太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于包括太赫茲波輸入端I、激光輸入端2、太赫茲波輸出端3、太赫茲波探測(cè)器4、半圓柱形高阻娃透鏡5、金屬薄膜層6和基體7 ;在基體7上設(shè)有金屬薄膜層6，金屬薄膜層6上設(shè)有半圓柱形高阻硅透鏡5，半圓柱形高阻硅透鏡5下底面為長(zhǎng)方形，半圓柱形高阻硅透鏡5下底面與金屬薄膜層6相連，太赫茲波從太赫茲波輸入端I輸入，在沒有外加激光的條件下，太赫茲波被反射回太赫茲波輸出端3，太赫茲波輸出端3相應(yīng)位置設(shè)有太赫茲波探測(cè)器4。所述的太赫茲波輸入端I輸入的太赫茲波的入射角度〃為5° "85°。所述的金屬薄膜層6的材料為銀，厚度為O. IMm O. 5 μ m。所述的基體7為聚合物材料，厚度為IOOMm 110 μ m0高速太赫茲波調(diào)制方法是當(dāng)頻率為O. 5THz的太赫茲波從太赫茲波輸入端I輸入時(shí)，在沒有外加激光從激光輸入端2輸入的條件下，太赫茲波經(jīng)過半圓柱形高阻硅透鏡5到達(dá)金屬薄膜層6后，被反射回太赫茲波輸出端3，從而能夠被相應(yīng)的太赫茲波探測(cè)器4探測(cè)；當(dāng)有外加激光從激光輸入端2輸入時(shí)，聚合物材料基體7的折射率會(huì)迅速發(fā)生變化，所述裝置的導(dǎo)波諧振頻率發(fā)生改變，太赫茲波將在金屬薄膜層6和基體7之間進(jìn)行傳輸，不能反射回太赫茲波輸出端3，相應(yīng)的太赫茲波探測(cè)器4探測(cè)不到太赫茲波,從而實(shí)現(xiàn)高速太赫茲波調(diào)制。實(shí)施例I
聞速太赫茲波調(diào)制裝置
選擇從太赫茲波輸入端輸入的太赫茲波的入射角度Θ為45°。金屬薄膜層的材料為銀，厚度為O. 5Mm?；w為聚合物材料，厚度為110 μ m。當(dāng)頻率為O. 5THz的太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入時(shí)，在沒有外加激光從激光輸入端輸入的條件下，太赫茲波經(jīng)過半圓柱形高阻硅透鏡到達(dá)金屬薄膜層后，被反射回太赫茲波輸出端，從而能夠被相應(yīng)的太赫茲波探測(cè)器探測(cè)；當(dāng)有外加激光從激光輸入端輸入時(shí)，聚合物材料基體的折射率會(huì)迅速發(fā)生變化，所設(shè)計(jì)裝置的導(dǎo)波諧振頻率發(fā)生改變，太赫茲波將在金屬薄膜層和基體之間進(jìn)行傳輸，不能反射回太赫茲波輸出端，相應(yīng)的太赫茲波探測(cè)器探測(cè)不到太赫茲波，從而實(shí)現(xiàn)高速太赫茲波調(diào)制。如圖I所示，激光照射在聚合物材料基體的下表面，在不同強(qiáng)度的激光照射條件下，聚合物材料基體的折射率迅速發(fā)生變化，從而導(dǎo)致所設(shè)計(jì)裝置結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波諧振頻率會(huì)快速發(fā)生變化。歸一化光照強(qiáng)度曲線如圖3所示，對(duì)應(yīng)的太赫茲波探測(cè)器探測(cè)到的太赫茲波幅值曲線如圖4所示。由圖3和圖4可知，當(dāng)無外加激光輸入，即外加激光輸入為O時(shí)，太赫茲波探測(cè)器探測(cè)到的太赫茲波幅值達(dá)到最大值，幅值為O. 9 ;當(dāng)有外加激光輸入，即外加激光輸入為I時(shí)，太赫茲波探測(cè)器探測(cè)到的太赫茲波幅值達(dá)到最小值，幅值為O。這說明從無外加激光輸入到有外加激光輸入可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率為O. 5THz的太赫茲波的快速調(diào)制， 調(diào)制速度可以達(dá)到納秒級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種高速太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于包括太赫茲波輸入端(I)、激光輸入端(2)、太赫茲波輸出端(3)、太赫茲波探測(cè)器(4)、半圓柱形高阻硅透鏡(5)、金屬薄膜層(6)和基體(7);在基體(7)上設(shè)有金屬薄膜層(6)，金屬薄膜層(6)上設(shè)有半圓柱形高阻硅透鏡(5),半圓柱形高阻娃透鏡(5)下底面為長(zhǎng)方形,半圓柱形高阻娃透鏡(5)下底面與金屬薄膜層(6)相連，太赫茲波從太赫茲波輸入端(I)輸入,在沒有外加激光的條件下,太赫茲波被反射回太赫茲波輸出端(3 )，太赫茲波輸出端(3 )相應(yīng)位置設(shè)有太赫茲波探測(cè)器(4 )。
2.如權(quán)利要求I所述的一種高速太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于所述的太赫茲波輸入端(I)輸入的太赫茲波的入射角度〃為5° ^85°。
3.如權(quán)利要求I所述的一種高速太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于所述的金屬薄膜層(6)的材料為銀，厚度為O.IMm O. 5μπι。
4.如權(quán)利要求I所述的一種高速太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于所述的基體(7)為聚合物材料，厚度為IOOMm 110 μ m。
5.一種使用如權(quán)利要求I所述裝置的高速太赫茲波調(diào)制方法，其特征在于當(dāng)頻率為O.5THz的太赫茲波從太赫茲波輸入端(I)輸入時(shí)，在沒有外加激光從激光輸入端(2)輸入的條件下，太赫茲波經(jīng)過半圓柱形高阻硅透鏡(5)到達(dá)金屬薄膜層(6)后，被反射回太赫茲波輸出端(3)，從而能夠被相應(yīng)的太赫茲波探測(cè)器(4)探測(cè)；當(dāng)有外加激光從激光輸入端(2)輸入時(shí)，聚合物材料基體(7)的折射率會(huì)迅速發(fā)生變化，所述裝置的導(dǎo)波諧振頻率發(fā)生改變，太赫茲波將在金屬薄膜層(6)和基體(7)之間進(jìn)行傳輸，不能反射回太赫茲波輸出端(3)，相應(yīng)的太赫茲波探測(cè)器(4)探測(cè)不到太赫茲波，從而實(shí)現(xiàn)高速太赫茲波調(diào)制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速太赫茲波調(diào)制裝置及其方法。它包括太赫茲波輸入端、激光輸入端、太赫茲波輸出端、太赫茲波探測(cè)器、半圓柱形高阻硅透鏡、金屬薄膜層和基體；在基體上設(shè)有金屬薄膜層，金屬薄膜層上設(shè)有半圓柱形高阻硅透鏡，半圓柱形高阻硅透鏡下底面為長(zhǎng)方形，半圓柱形高阻硅透鏡下底面與金屬薄膜層相連，太赫茲波從太赫茲波輸入端輸入，在沒有外加激光的條件下，太赫茲波被反射回太赫茲波輸出端，太赫茲波輸出端相應(yīng)位置設(shè)有太赫茲波探測(cè)器。本發(fā)明的高速太赫茲波調(diào)制裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小、制作方便，響應(yīng)速度快，易于調(diào)節(jié)，滿足在太赫茲波成像、產(chǎn)品檢測(cè)、太赫茲無線通信系統(tǒng)等領(lǐng)域應(yīng)用要求。
文檔編號(hào)G02F1/355GK102902130SQ20121037327
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者李九生 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院