本發(fā)明屬于基于反射式準(zhǔn)光技術(shù)的收發(fā)隔離，具體涉及一種基于小角度入射的太赫茲準(zhǔn)光反射型隔離系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基于準(zhǔn)光鐵氧體的隔離器利用了電磁波在縱向磁化的鐵氧體介質(zhì)中傳播時(shí)極化產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)特性，即法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)；同時(shí)，結(jié)合準(zhǔn)光鏈路中光柵器件、光路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)信號(hào)收發(fā)隔離。研究人員注意到在一定的飽和磁化強(qiáng)度下，由于法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)產(chǎn)生的極化旋轉(zhuǎn)角度僅與鐵氧體介質(zhì)厚度有關(guān)，因此，較常規(guī)波導(dǎo)型器件而言，準(zhǔn)光鐵氧體環(huán)行器受鐵氧體材料飽和磁化強(qiáng)度特性限制較少，容易實(shí)現(xiàn)寬帶器件，結(jié)合永磁磁路及鐵氧體介質(zhì)散熱需求即可獲得合適鐵氧體介質(zhì)厚度參數(shù)。

2、準(zhǔn)光法拉第旋轉(zhuǎn)器作為短毫米波、太赫茲雷達(dá)中準(zhǔn)光波束波導(dǎo)收發(fā)隔離技術(shù)中最關(guān)鍵的器件，不僅起著保護(hù)發(fā)射機(jī)的重要作用，也能完成收發(fā)信號(hào)的分離。根據(jù)出射波的形式，準(zhǔn)光法拉第旋轉(zhuǎn)器可以分為透射(傳輸)式和反射式兩大類。隨著毫米波、太赫茲大功率源的進(jìn)一步提升，基于透射式法拉第旋轉(zhuǎn)器的隔離技術(shù)受到功率容量瓶頸限制，原因在于透射式的復(fù)雜多層介質(zhì)堆疊、圓周傳導(dǎo)散熱機(jī)制。因此，反射式準(zhǔn)光法拉第旋轉(zhuǎn)器由此提出，相對(duì)于透射式準(zhǔn)光法拉第旋轉(zhuǎn)器，其優(yōu)勢(shì)在于熱耗散性能好，滿足更高大功率應(yīng)用需求，且對(duì)鐵氧體介質(zhì)片厚度參數(shù)要求低。

3、具體來(lái)說(shuō)，反射式準(zhǔn)光法拉第旋轉(zhuǎn)器由于波束反射時(shí)兩次通過(guò)鐵氧體層，因此鐵氧體層厚度理論上是傳輸式的二分之一，且僅需要單層表面介質(zhì)匹配，設(shè)計(jì)、加工難度和成本均低于傳輸式法拉第旋轉(zhuǎn)器。其次，反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器的鐵氧體層可直接焊接在金屬背板上，熱量能夠快速由背板導(dǎo)出，結(jié)構(gòu)熱耗散性能強(qiáng)，相比較傳輸式法拉第旋轉(zhuǎn)器僅能從器件邊緣圓周將熱量導(dǎo)出，具有天然的高功率容量?jī)?yōu)勢(shì)。

4、因此，積極開展反射式準(zhǔn)光技術(shù)和準(zhǔn)平面波束波導(dǎo)技術(shù)的研究，突破反射式準(zhǔn)光器件理論設(shè)計(jì)方法、小入射角反射式光路設(shè)計(jì)與集成等關(guān)鍵技術(shù)，切實(shí)解決太赫茲波段大功率雷達(dá)收發(fā)隔離技術(shù)難題，對(duì)推進(jìn)我國(guó)太赫茲相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于小角度入射的太赫茲反射型準(zhǔn)光隔離系統(tǒng)，在利用較少器件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)小角度入射，即實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的緊湊性，降低了成本，同時(shí)也降低了損耗，實(shí)現(xiàn)高功率。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于小角度入射的太赫茲反射型準(zhǔn)光隔離系統(tǒng)，包括：輸入端口a、輸出端口b、隔離端口c、隔離端口d、橢球面鏡m1、橢球面鏡m2、橢球面鏡m3、橢球面鏡m4、平面鏡n1、平面鏡n2、90°極化光柵s1、45°極化光柵s2以及反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器。

4、高斯波束以極化方向垂直于光柵金屬條的方式從輸入端口a饋入；

5、所述橢球面鏡m1將饋入的高斯波束進(jìn)行第一次束腰轉(zhuǎn)換后反射至90°極化光柵s1；

6、所述90°極化光柵s1與入射的高斯波束呈45°夾角擺放，使高斯波束透射至平面鏡n1；

7、所述平面鏡n1與水平面存在θ1的傾斜角度，將高斯波束反射至水平面上方的橢球面鏡m2；

8、所述橢球面鏡m2將高斯波束進(jìn)行第二次束腰轉(zhuǎn)換后反射至水平面下方的反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器；

9、所述反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器將入射的高斯波束極化旋轉(zhuǎn)45°并反射至水平面的上方的橢球面鏡m3，其中，入射的高斯波束和出射的高斯波束的角度為9°～11°；

10、所述橢球面鏡m3將高斯波束進(jìn)行第三次束腰轉(zhuǎn)換后反射至平面鏡n2；

11、所述平面鏡n2與水平面存在θ2的傾斜角度，將高斯波束反射至45°極化光柵s2；

12、所述45°極化光柵s2與入射的高斯波束呈45°夾角擺放，使極化旋轉(zhuǎn)45°的高斯波束透射至橢球面鏡m4，極化旋轉(zhuǎn)角度未達(dá)到45°的高斯波束被反射至隔離端口d；

13、所述橢球面鏡m4將極化旋轉(zhuǎn)45°的高斯波束通過(guò)輸出端口b輸出。

14、輸出端口b反射回來(lái)的高斯波束進(jìn)行反向傳輸，依次經(jīng)過(guò)橢球面鏡m4、45°極化光柵s2、平面鏡n2、橢球面鏡m3、反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器、橢球面鏡m2、平面鏡n1、90°極化光柵s1，最后被反射至隔離端口c；其中，反向傳輸?shù)母咚共ㄊ?jīng)過(guò)反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器時(shí)，由于其非互易性再次按照同一方向旋轉(zhuǎn)45°后成為極化方向平行于90°極化光柵s1金屬條的波束，此狀態(tài)的波束傳輸至90°極化光柵s1時(shí)，幾乎不存在透射波束，即反向傳輸?shù)牟ㄊ环瓷渲粮綦x端口c，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)太赫茲源的隔離保護(hù)。

15、優(yōu)選地，所述90°極化光柵s1與所述45°極化光柵s2平行放置；90°極化光柵s1的光柵條垂直于水平面，45°極化光柵s2的光柵條與90°極化光柵s1的光柵條存在45°傾斜夾角。

16、優(yōu)選地，所述橢球面鏡m1、橢球面鏡m2、平面鏡n1與平面鏡n2、橢球面鏡m3、橢球面鏡m4對(duì)稱分布。

17、優(yōu)選地，所述90°極化光柵s1放置于高斯波束經(jīng)過(guò)橢球面鏡m1后達(dá)到束腰狀態(tài)時(shí)的位置；所述反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器的位置放置于高斯波束經(jīng)過(guò)橢球面鏡m2后達(dá)到束腰狀態(tài)時(shí)的位置；所述45°極化光柵s2放置于高斯波束經(jīng)過(guò)橢球面鏡m3和平面鏡n2后達(dá)到束腰狀態(tài)時(shí)的位置。

18、優(yōu)選地，所述平面鏡n1與水平面的傾斜角度為θ1，平面鏡n2與水平面的傾斜角度為θ2，θ1+θ2＝180°。

19、優(yōu)選地，橢球面鏡m1、橢球面鏡m4的鏡面尺寸參數(shù)與光學(xué)參數(shù)完全相同；橢球面鏡m2、橢球面鏡m3的鏡面尺寸參數(shù)與光學(xué)參數(shù)完全相同；平面鏡n1、平面鏡n2的鏡面尺寸參數(shù)與光學(xué)參數(shù)完全相同。

20、本發(fā)明的有益效果是：

21、相對(duì)于傳統(tǒng)波導(dǎo)模式，準(zhǔn)光技術(shù)利用電磁波在空間聚束傳播的方式傳輸信號(hào)，工作模式為高斯波束，大部分能量都集中在傳播軸附近。高斯束縱向傳播具有平面波特性，有限的傳輸路徑損耗主要分布在各種鏡面反射上；另外，合理的束腰參數(shù)匹配設(shè)計(jì)也可使得波束鏡面衍射損耗非常低。

22、本發(fā)明設(shè)計(jì)的反射式隔離器光路相對(duì)于法拉第旋轉(zhuǎn)器具有接近法向的入射角、具有非常高的功率處理能力，通過(guò)對(duì)各種器件的合理運(yùn)用和排布，使得-30db邊緣電平的能量(99.9％的能量)在傳播過(guò)程當(dāng)中不被遮擋，并且結(jié)合合理的設(shè)計(jì)束腰轉(zhuǎn)換參數(shù)，保證了高斯波束在傳播過(guò)程中的準(zhǔn)直性。

技術(shù)特征：

1.一種基于小角度入射的太赫茲反射型準(zhǔn)光隔離系統(tǒng)，其特征在于，包括：輸入端口a、輸出端口b、隔離端口c、隔離端口d、橢球面鏡m1、橢球面鏡m2、橢球面鏡m3、橢球面鏡m4、平面鏡n1、平面鏡n2、90°極化光柵s1、45°極化光柵s2以及反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器；

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于小角度入射的太赫茲反射型準(zhǔn)光隔離系統(tǒng)，其特征在于，所述90°極化光柵s1與所述45°極化光柵s2平行放置；90°極化光柵s1的光柵條垂直于水平面，45°極化光柵s2的光柵條與90°極化光柵s1的光柵條存在45°傾斜夾角。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于小角度入射的太赫茲反射型準(zhǔn)光隔離系統(tǒng)，其特征在于，所述90°極化光柵s1放置于高斯波束經(jīng)過(guò)橢球面鏡m1后達(dá)到束腰狀態(tài)時(shí)的位置；所述反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器的位置放置于高斯波束經(jīng)過(guò)橢球面鏡m2后達(dá)到束腰狀態(tài)時(shí)的位置；所述45°極化光柵s2放置于高斯波束經(jīng)過(guò)橢球面鏡m3和平面鏡n2后達(dá)到束腰狀態(tài)時(shí)的位置。

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于小角度入射的太赫茲反射型準(zhǔn)光隔離系統(tǒng)，其特征在于，所述橢球面鏡m1、橢球面鏡m2、平面鏡n1與平面鏡n2、橢球面鏡m3、橢球面鏡m4對(duì)稱分布。

5.如權(quán)利要求4所述的一種基于小角度入射的太赫茲反射型準(zhǔn)光隔離系統(tǒng)，其特征在于，所述平面鏡n1與水平面的傾斜角度為θ1，平面鏡n2與水平面的傾斜角度為θ2，θ1+θ2＝180°。

6.如權(quán)利要求5所述的一種基于小角度入射的太赫茲反射型準(zhǔn)光隔離系統(tǒng)，其特征在于，橢球面鏡m1、橢球面鏡m4的鏡面尺寸參數(shù)與光學(xué)參數(shù)完全相同；橢球面鏡m2、橢球面鏡m3的鏡面尺寸參數(shù)與光學(xué)參數(shù)完全相同；平面鏡n1、平面鏡n2的鏡面尺寸參數(shù)與光學(xué)參數(shù)完全相同。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于小角度入射的太赫茲反射型準(zhǔn)光隔離系統(tǒng)，屬于基于反射式準(zhǔn)光技術(shù)的收發(fā)隔離技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括：輸入端口A、輸出端口B、隔離端口C、隔離端口D、橢球面鏡M1、橢球面鏡M2、橢球面鏡M3、橢球面鏡M4、平面鏡N1、平面鏡N2、90°極化光柵S1、45°極化光柵S2以及反射式法拉第旋轉(zhuǎn)器。本發(fā)明中的反射式隔離器光路相對(duì)于法拉第旋轉(zhuǎn)器具有接近法向的入射角、具有非常高的功率處理能力，通過(guò)對(duì)各種器件的合理運(yùn)用和排布，使得?30dB邊緣電平的能量(99.9％的能量)在傳播過(guò)程當(dāng)中不被遮擋，并且結(jié)合合理的設(shè)計(jì)束腰轉(zhuǎn)換參數(shù)，保證了高斯波束在傳播過(guò)程中的準(zhǔn)直性。

技術(shù)研發(fā)人員：胡標(biāo),肖遠(yuǎn)志,李浩,汪海洋,李天明,周翼鴻
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14