[發明專利]一種基于多模共振的太赫茲波導型選模器

在審

• 申請號: 202210568645.X
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114824705A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 陶智勇;張仕旸;馬靜;何海玲;劉歡;佟成國;樊亞仙
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01P1/207
• 分類號: H01P1/207
• 代理公司: 北京漢迪信和知識產權代理事務所(普通合伙) 16085
• 代理人: 趙景煥

本發明提供了一種基于多模共振的太赫茲波導型選模器，其屬于微納光學器件與光通信技術領域，其包括兩塊刻有周期起伏凹槽結構的平板，平板表面敷設有太赫茲頻段損耗較低的金屬材料，兩塊平板的凹槽結構相對稱平行設置，且兩塊平板的凹槽結構之間構成一個具有矩形結構的空腔。金屬材料采用金，其在太赫茲波段的損耗系數約為6cm^?1。在矩形結構的空腔內充入在太赫茲頻段內敏感的電介質，以實現太赫茲工作頻段的調諧。所述電介質為液晶材料。本發明基于多模共振的太赫茲波導型選模器具有結構簡單、尺寸小，成本低、易于集成等優點。

技術領域

本發明屬于微納光學器件與光通信技術領域，具體涉及一種基于多模共振的太赫茲波導型選模器。

背景技術

太赫茲波是一種頻率范圍在0.1THz-10 THz、波長介于微波和紅外輻射之間的電磁波，太赫茲波具備微波和紅外輻射兩者所不具備的獨特特性，在寬帶通信、無損檢測、醫學成像等領域有著廣泛的研究價值和應用前景。近年來，與太赫茲波相關的研究成為光學領域的研究熱點，特別是搭建完整的太赫茲系統在產業上投入及應用的研究。太赫茲系統主要包括輻射源、探測器件和各種功能型器件，其中太赫茲波功能型器件(如濾波器、分束器、模式轉換器、光開關等)是太赫茲波應用系統的核心部分。但現有研究應用中，太赫茲波段功能型器件尤其是可控功能器件的匱乏，限制了太赫茲波技術的進一步應用。

在一些重要的太赫茲波應用領域，如超透明器件、量子級聯激光器、無衍射光束和低傳輸及彎曲損耗波導中，都需要對太赫茲波進行模式調控。2020年程培康等人在《中國激光》上發表文章，報道了一種基于腔內的模式選擇耦合器(MSC)輸出模式可切換的調Q脈沖摻鉺光纖激光器，通過布拉格光柵和MSC的共同作用，實現輸出波長的選擇和不同模式間的轉換。2021年郭英豪等人在《中國激光》上發表文章，提出可直接實現矢量模式轉換的全光纖模式選擇耦合器，該矢量模式選擇耦合器由一個普通單模光纖和一個空氣芯環形少模光纖組成，并且在不同單模光纖纖芯半徑處可以實現基模(HE₁₁)向特定高階矢量模式(TE₀₁,HE₂₁,TM₀₁)的轉換?，F有實際研發出來的器件或系統，普遍存在損耗大、透過率小、性能不穩定等問題。

如何設計和實現損耗小、透過率大、性能穩定的太赫茲模式可控器件是太赫茲波技術發展中急需解決的問題。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明人經過多次設計和研究，提供了一種基于多模共振的太赫茲波導型選模器，其低傳輸損耗、低插入損失和易于集成。

依據本發明的技術方案，提供一種基于多模共振的太赫茲波導型選模器，其包括兩塊刻有周期起伏凹槽結構的平板，平板表面敷設有太赫茲頻段損耗較低的金屬材料，兩塊平板的凹槽結構相對稱平行設置，且兩塊平板的凹槽結構之間構成一個具有矩形結構的空腔。

其中，金屬材料采用金，其在太赫茲波段的損耗系數約為6cm^-1。在矩形結構的空腔內充入在太赫茲頻段內敏感的電介質，以實現太赫茲工作頻段的調諧。所述電介質為液晶材料。

進一步地，平板采用光刻技術在非金屬材料上加工形成。基于多模共振的太赫茲波導型選模器空腔內所充入液晶材料的有效折射率

n(θ)與旋轉角度θ有關，可表示為：

其中，n_o為液晶的尋常光折射率和為n_e非尋常光折射率。

優選地，在基于多模共振的太赫茲波導型選模器中，兩塊刻有周期起伏凹槽結構的平板包括上平板和下平板，上平板的下表面與下平板的上表面相對應設置且平行設置，上平板的凹槽與下平板的凹槽對應構成一個個矩形結構的空腔，多個矩形結構的空腔構成一組矩形周期起伏結構。

優選地，所述非金屬材料為亞克力、玻璃或硅片。