全頻段覆蓋太赫茲頻段的耦合傳輸裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型是關于一種結合準光學原理，實現(xiàn)超寬頻可調(diào)諧的太赫茲傳輸器件，特別適用于太赫茲頻段集成化陣元與波導等常規(guī)微波傳輸線耦合的裝置。
【背景技術】
[0002]太赫茲頻段是一個非常有科學價值的電磁波頻段，它介于毫米波頻段與紅外線頻段之間，屬于遠紅外波段。太赫茲的應用除了太赫茲輻射源，太赫茲傳輸器件，太赫茲探測器等關鍵器件之外，還必須解決不同器件之間的耦合問題。由于物質(zhì)在太赫茲頻段的發(fā)射、反射和透射光譜中包含有豐富的物理和化學信息，并且太赫茲波具有波長短、方向性好、光子能量低、高穿透性等獨特性質(zhì)，因此太赫茲技術逐漸成為國際研宄的熱點。它在物理、化學、天文學、生命科學和醫(yī)學等基礎研宄領域，以及安全檢查、無損檢測、生物成像、環(huán)境監(jiān)測、食品檢驗、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、雷達偵察、衛(wèi)星通信和天文觀測等領域等應用研宄領域均有著巨大的科學研宄價值?，F(xiàn)階段，太赫茲輻射源還普遍存在功率小、效率低等問題；而且，熱背景噪聲相對較高，需要高靈敏度的手段探測太赫茲信號，于是就對太赫茲波的高效傳輸與耦合提出了更高的要求。對于太赫茲信號的發(fā)射與接收，可以通過組建陣列的方式來大幅提高發(fā)射功率或接收靈敏度。同時，鑒于太赫茲頻段波長較短，一般在亞毫米量級，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模陣列的陣元的高密度集成，將成百上千個陣元集成于一個芯片上。但是，如何實現(xiàn)集成化的陣元與常規(guī)微波傳輸線的有效耦合，便成為了一個亟待突破的難題。
[0003]目前，在太赫茲頻段廣泛采用的耦合方法可大致分為兩類，一類是將常規(guī)的微波耦合方法推廣至太赫茲頻段；另一類是借鑒準光學的能量耦合方法應用于太赫茲頻段。對于第一類方法，要實現(xiàn)芯片上陣元與波導等傳輸線的有效耦合，往往采用波導微帶過渡、共面天線等方法。但是隨著頻率的升高，常規(guī)基片的損耗與金屬的表面損耗迅速增大；同時，由于高頻段波長較短，對微帶與金屬腔體的機械加工精度也很難實現(xiàn)。因此，第一類方法往往局限于亞太赫茲頻段，即0.1THz?ITHz頻段。對于第二類方法，往往采用拋面鏡、透鏡等準光學方法來合理設計光路，實現(xiàn)能量的有效耦合。此方法能夠覆蓋整個太赫茲頻段，但是通常用于ITHz?1THz頻段。而且，如何實現(xiàn)芯片上大規(guī)模陣列的多個陣元的有效耦合，尤其是保證相位的同步性；以及如何與常規(guī)的微波傳輸線完美兼容，還沒有得到合理解決。因此，在太赫茲頻段，實現(xiàn)芯片上集成化陣元與常規(guī)微波傳輸線的高效耦合還是工程應用中面臨的一個難題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型目的是針對上述現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供一種結構簡單，易于加工實現(xiàn)、易于操作調(diào)諧、工作頻率超寬、耦合強度高、相位同步性好，能夠?qū)⒓捎谛酒系拇笠?guī)模陣列的陣元與波導實現(xiàn)有效耦合，提高太赫茲信號的發(fā)射與接收的效率，特別是能夠適用于整個0.1THz?1THz太赫茲頻段，并且耦合頻率與耦合強度可調(diào)的全頻段覆蓋太赫茲頻段的耦合傳輸裝置。
[0005]本實用新型的上述目的可以通過以下技術方案予以實現(xiàn)，一種全頻段覆蓋太赫茲頻段的耦合傳輸裝置，包括矩形波導、平面鏡4和作為介質(zhì)諧振器的芯片3，其特征在于:以矩形波導為端口軸向連接喇叭天線，平面鏡4與所述芯片3平行，正對喇叭天線的喇叭口端，芯片3位于平面鏡與喇叭天線構成的準光腔之間；芯片3制備有太赫茲陣元，集成化太赫茲陣元的陣列制備于芯片的中心線上其諧振駐波的波腹處，芯片諧振模式與喇叭天線和平面鏡構成的準光腔的諧振模式相匹配，實現(xiàn)芯片上太赫茲陣元與波導傳輸線的耦合。
[0006]本實用新型相比于現(xiàn)有技術具有如下有益效果:
[0007]結構簡單，易于加工，易于操作。本實用新型以矩形波導為端口的喇叭天線與一個平面鏡構成的準光腔，將集成有太赫茲陣元的芯片置于其諧振駐波的波腹處，充分利用作為介質(zhì)諧振器的芯片的諧振模式與喇叭天線和平面鏡構成的準光腔的諧振模式的匹配，來實現(xiàn)芯片上太赫茲陣元與波導傳輸線的有效耦合，所用器件少，結構簡單，構成的準光學系統(tǒng)簡潔，制造工藝要求低，易于加工，易于操作解決了現(xiàn)有技術制造工藝要求高，實際應用較困難，難于加工等問題。
[0008]易于操作調(diào)諧，工作頻率寬。本實用新型將集成化陣元置于芯片的中線位置處，使其同時處于芯片上多個諧振模式的波腹中。通過調(diào)節(jié)芯片、平面鏡與喇叭天線三者的相對位置，使得芯片不同的諧振模式分別與準光腔相應的諧振模式匹配，實現(xiàn)工作頻率可調(diào)。而且，太赫茲芯片采用高頻損耗低、介電常數(shù)低、厚度薄的晶體材料作為基片，這樣即使在太赫茲頻段，芯片也能夠有多個簡單的諧振模式，易于與準光腔諧振模式匹配，且覆蓋頻率范圍寬。解決了工程應用中芯片上集成化陣元與常規(guī)微波傳輸線的耦合頻點單一，難以調(diào)諧的問題。
[0009]耦合強度高，強度可調(diào)諧。本實用新型能夠?qū)⒓捎谛酒系拇笠?guī)模陣列的陣元與波導實現(xiàn)高效耦合，提高太赫茲信號的發(fā)射與接收的效率。當芯片的諧振模式與準光腔的諧振模式完美匹配時，便實現(xiàn)了芯片上集成的太赫茲陣元與波導端口的有效耦合。實驗結果表明，其耦合效率相對于現(xiàn)有技術所用的方法提高了幾十倍。同時，可通過調(diào)節(jié)芯片、平面鏡和喇叭天線三者的相對位置，來方便地調(diào)諧耦合強度，這是現(xiàn)有技術很難實現(xiàn)的。
[0010]相位同步性好。本實用新型結合準光學的方法，充分利用作為介質(zhì)諧振器的芯片的諧振模式與喇叭天線和平面鏡構成的準光腔的諧振模式的匹配，來實現(xiàn)芯片上太赫茲陣元與波導傳輸線的有效耦合，并將集成于芯片上的大規(guī)模陣列的陣元處于同一個芯片諧振模式的波腹中，實現(xiàn)與波導傳輸線耦合的相位是同步，解決了常規(guī)的準光學系統(tǒng)由于光路設計復雜，不易操作，難以與大規(guī)模陣列中多個陣元同步耦合，不便與常規(guī)微波傳