[发明专利]基于磁等离子激元单向腔的四端口太赫兹波环行器

说明书

本发明公开了一种基于磁等离子激元单向腔的四端口太赫兹波环行器，它包括一个圆形腔和两条波导。圆形腔为半导体材料，位于两条波导之间。两条波导为金属或介质波导，其终端构成四个端口。在外加垂直磁场作用下，磁等离子激元沿圆形腔的圆周做单向环行。利用这种单向性，任意波导端口输入的太赫兹波沿顺时针或逆时针到相邻的波导端口输出，构成环行器。此环行器结构简单、尺寸紧凑、功能优良，可隔离反射波，保护太赫兹波源，实现太赫兹波信号的接受及发射的双工工作，满足未来太赫兹波通信技术应用的需要。

技术领域

本发明是一种四端口太赫兹波环行器，采用磁等离子激元的单向腔来实现，涉及太赫兹波通信与光信息处理的技术领域。

背景技术

太赫兹波是位于毫米波与红外线之间，频谱范围为0.1THz～10THz的电磁波。由于其位于电子学与光子学之间的特殊区域，太赫兹波在成像技术、物性鉴定、无线通讯等领域具有全新而广阔的应用。随着通信领域的迅猛发展，低频电磁波资源已经耗尽，高频的太赫兹波技术成为实现高速率、超带宽、高集成的通信器件的必然选择。

环行器是实现电磁波非互易传输的器件，是对反向传输电磁波进行引导，将其与正向传输电磁波从空间上分离开来，并从另一端口输出的器件。这一特性对于隔离反向电磁波和实现接收和发射的双工工作，具有重要意义。

在太赫波的实际应用中，为保护太赫兹波源不受反射波的损害，有必要隔离反射的电磁波。同时，为了实现太赫兹波信号的接受及发射的双工工作，也有必要使用环行器。然而太赫兹波的环行器还没有解决方案，因此需要一种结构简单、尺寸紧凑、功能优良的太赫兹波环行器来满足未来太赫兹波通信技术应用的需要。

一种可行的解决方案是利用太赫兹波段磁等离子激元的单向性。在太赫兹波段，当我们对半导体施加一定强度和方向的磁场时，磁等离子激元存在于半导体表面。在一定频率范围内，这种磁等离子激元的传播方向是单向的。这种单向性使得它适合于实现包括环行器在内的非互易器件。

专利CN 102244334 B公开了基于超声光栅移频和循环移频的宽带调谐太赫兹波发生器”其包括激光器、环行器、光束分离器、基于超声光栅移频的循环移频环节、光束合成器、光隔离器及带太赫兹辐射天线的光电转换器，所述激光器输出的光经过环行器后被光束分离器分为第一路和第二路，第一路为参考光，第二路输入到所述循环移频环节后产生循环移频光，光束合成器中将所述参考光和循环移频光叠加后产生太赫兹频率范围内的拍频光，所述拍频光经光隔离器后再经带太赫兹辐射天线的光电转换器接收并辐射出相干太赫兹波。

上述发明的发明目的是实现激光器输出的光经过环行器还需要经过光束分离器进行分离并且在环行器的其中一个端口连接吸收负载吸收反射光，其结构比较复杂、成本高，并且吸收和分离的效果剩余的干扰比较大。

发明内容

1、本发明的目的。

本发明为了解决现有技术中存在的结构复杂，成本较高的问题，而提供了一种基于磁等离子激元单向腔的四端口太赫兹波环行器。

2、本发明所采用的技术方案。

基于磁等离子激元单向腔的四端口太赫兹波环行器，包括一个圆形腔、第一波导、第二波导，第一波导和第二波导平行，圆形腔位于第一波导和第二波导之间，第一波导的端口为P1、P2，第二波导的端口为P3、P4；外加磁场垂直于圆形腔的表面，通过改变外加磁场的方向改变圆形腔中的磁等离子激元单向环行传播的方向，从第一波导和第二波导的各端口传输进来的太赫兹波的方向与圆形腔的磁等离子激元的耦合情况决定太赫兹波的输出端口。

所述的圆形腔(1)为半导体材料。

所述的圆形腔(1)半导体材料包括InSb、、GaAs、InAs及n掺杂或p掺杂的Si。

所述的圆形腔(1)为平面结构，利用标准光刻技术或者激光直写方式，在所述半导体材料上加工而成。