[实用新型]一种太赫兹波可调谐模式转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太赫兹可控功能器件，尤其涉及一种太赫兹波可调谐模式转换器，太赫兹波可调谐模式转换器。

背景技术

太赫兹波介于毫米波及红外光波之间，它不仅具有毫米波及红外光波的一些优点(如具有良好的穿透性，能够有效穿透非金属物质，成像的分辨率高等)，还具有透视性、瞬态性、高信噪比和低光子能量等优点，使其在成像、雷达、光谱、医学、通信和公共安全等领域具有重要的研究价值和深远的应用前景。近年来，太赫兹波科学与技术的研究成为光学领域的研究热点。发展太赫兹系统主要包括辐射源、探测器件和各种功能型器件，其中太赫兹波功能型器件(如滤波器、分束器、模式转换器、开关等)是太赫兹波应用系统的核心部分，必不可少。太赫兹波段功能型器件尤其是可控功能器件匮乏，限制了太赫兹波技术的进一步应用。

在一些重要的应用领域如超透明器件、量子级联激光器、无衍射光束和低传输及弯曲损耗波导中需要进行模式调控，这对高功率波的传输、测量等均十分重要，因此对模式转换器的研制势在必行。理论上，模式转换器包括一切能够实现模式转换功能的器件。目前，常见的模式转换器主要有：(1)基于光纤光栅的模式转换器(JournalofLightwaveTechnology,2005,23(11),3426)，采用光纤光栅将光纤中的基模转换为高阶模，但是不能获得100％的模式耦合，且基模剩余能量会对高阶模的传输产生干扰。(2)基于光子晶体光纤的模式转换器(一种光纤模式转换器，专利申请号：200810021652.8)，是一种双芯光子晶体光纤，包括由基质材料构成的包层和两种大小不等的空气孔组成的纤芯。利用两种纤芯中基模与高阶模之间的能量耦合，实现基模与高阶模之间的转换。此种模式转换器能够使基模与高阶模完全分离，但不能保证基模和高阶模的完全转换。(3)基于波导的模式转换器(一种波导模式转换器，专利申请号：201410421925.3)，利用多模干涉结构的自镜像原理实现超低损耗的条形波导与沟道波导基模的模式转换。此种波导模式转换器易于加工，转换效率高，但是不能实现基模到高阶模的转换。

绝大数的波导型单模器件都是基于波导的截止频率实现的，因此，所能利用的单模仅仅是波导中的基模。但是在许多现实的应用中需要用到不同的模场分布，有时需要将基模抑制掉，获得单一的高阶模式。由于基模具有最低的截止频率，所以对基模的抑制就变成了一个非常困难的课题。如何能够简单地实现波导中各模式的按需选择就成为一个富有挑战性的科学问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种在太赫兹频段不仅能够实现从基模到单一高阶模高效转换，而且输出的高阶模中心频率在一个较宽范围内可调的太赫兹波可调谐模式转换器。

本实用新型的目的是这样实现的：包括至少两个矩形周期起伏结构组成的中空式圆柱状金属内壁波导，中空式圆柱状金属内壁波导的内表面设置有金属层。

本实用新型还包括这样一些结构特征：

1.每个矩形周期的长度是Λ，其中c是真空中光速，n是Bragg共振的阶数，f₀是工作频率，是m阶Bessel函数的零点；

矩形周期起伏参数是ε，ε＝0.1r₀，其中r₀是中空式圆柱状金属内壁波导的平均半径，r0=c·kr(m+1)/(2πf0).]]>

2.所述金属层的厚度是0-70μm，金属层的材料是金或银或铝。

3.中空式圆柱状金属内壁波导的材料是硅或石英或玻璃或树脂材料或聚合物或陶瓷。