[发明专利]一种基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹应用技术，特别涉及一种基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关。 

背景技术

太赫兹波是频率在0.1～10 THz（波长在30um～3mm，1THz=1012 Hz）范围内的电磁波。太赫兹波在传输中能携带更多信息而且对很多材料的穿透性很强，因而广泛的用于成像和样本分析，同时，太赫兹与物质发生相互作用时是无损的，因而可以用于安检，医学诊断及生物材料等。此外，利用现代微加工技术，对于THz波段的微结构器件的加工也变得十分容易。如今，太赫兹的应用在不断的开发研究当中，其广阔的科学前景为世界所公认。特别是目前人们对于无线通信的要求越来越高，而太赫兹具有频率高，带宽宽，信道数多等优点，在传输速度上能够达到10Gbps，比现有宽带速度提高了成百甚至上千倍。因此，太赫兹波段的无线传输具有广阔的应用前景和商业价值。 

太赫兹波开关是一种非常重要的太赫兹波器件，用于控制太赫兹波的传输。现有的光开关往往体积庞大，结构复杂，因此有必要设计一种结构简单，尺寸小，消光比高的光开关以满足未来太赫兹通信的需要。 

发明内容

本发明是针对现在太赫兹波开关结构复杂的问题，提出了一种基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，利用光子晶体的负折射效应，避免了太赫兹波在器件中传输时光泄漏的影响并实现了光路的选择。 

本发明的技术方案为：一种基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，包括太赫兹波发生器、光子晶体、透镜和探测器，光子晶体为光子晶体，光子晶体斜边旁竖直紧接着凸透镜，太赫兹波发生器发出的入射光从光子晶体的底面向上垂直入射，一部分光发生负折射并折射出光子晶体斜边成为折射光，折射光经过凸透镜的会聚，探测器接收经过凸透镜的出射光。 

所述光子晶体内层由圆柱硅体按照六边形晶格周期性排列，圆柱硅体之间填充有5CB型液晶，外层通过光电导体薄板密封。所述圆形硅柱的直径的范围为70um ～75.6um，所述晶格的晶格常数为125um～135um。 

所述太赫兹波发生器出射太赫兹的频率范围可以为0.747THz～0.752THz。 

所述凸透镜的材料为硅且曲面半径为120um。 

所述探测器采用半导体光功率探头。 

本发明的有益效果在于：本发明基于光子晶体负折射效应的电控太赫兹波光开关，该器件结构简单，体积小，易于集成，且基于负折射原理，入射光和出射光不在同一方向，能够有效的减小杂散光的干扰问题；该太赫兹光开关实现了光路的选择，消光比可达到20dB以上， 可满足在太赫兹通信等领域的工作要求；200MHz的太赫兹波线宽即可满足入射光要求，且该开关在21℃到30℃之间均展现了良好的工作特性。 

附图说明

图1为本发明实施例中的太赫兹光开关的结构示意图； 

图2为本发明实施例中的光子晶体的侧面结构示意图；

图3为本发明实施例中的太赫兹光开关效果图；

图４为本发明在实施例中的太赫兹光开关正常工作的太赫兹频率范围图；

图５为本发明在实施例中的太赫兹光开关正常工作的温度区间图。

具体实施方式

如图1所示太赫兹光开关的结构示意图，太赫兹光开关包括太赫兹波发生器9、光子晶体5、凸透镜4和两个探测器P₁ 10和P₂ 11。 

如图2所示光子晶体的侧面结构示意图，一个直角梯形柱体结构的光子晶体5，该光子晶体5是将直径为72.8um的圆柱硅体7按照六边形晶格周期性排列在其中，晶格常数为130um，其外层通过光电导体薄板8密封而成，其中圆柱硅体7之间填充有5CB型液晶6。 

光子晶体5斜边后竖直紧接着一个凸透镜4，凸透镜4的材料为硅且曲面半径为120um；两个探测器P₁ 10和P₂ 11在同一竖直线上上下放置，接收太赫兹波的通道。