专利名称：太赫兹波高速开关装置及其方法
技术领域：
本发明涉及太赫兹波应用技术领域，具体涉及一种太赫兹波开关装置及其方法。
背景技术：
太赫兹(THz，ITHz = IO12Hz)波是指频率从0. ITHz到IOTHz介于毫米波与红外光之间频谱范围的电磁波谱区域。太赫兹时域光谱技术是20世纪80年代以来发展起来的一种新型光谱测量技术。它以太赫兹辐射作为探测源，利用电光采样或光电导采样方法直接记录太赫兹辐射电场的振幅时间波形，通过傅立叶变换得到测量信号振幅和相位的光谱分布，进而获得材料在太赫兹波段的吸收和色散等信息。近年来，太赫兹辐射以它独特的性质成为一种有效的安全检查手段。太赫兹辐射在安检领域有它特有的优势(1)瞬态性太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级，可以方便地对各种材料(包括液体、半导体、超导体、生物样品等)进行时间分辨的研究。(2)低能性太赫兹光子的能量只有毫电子伏特，与X射线相比，不会因为电离而破坏被检测的物质。(3)穿透性太赫兹辐射对于电介质材料及塑料、纸箱等包装材料有很强的穿透力。此外，太赫兹技术在通讯、医疗诊断、健康检测、环境控制、化学与生物传感、及质量监控等领域都有着广泛的应用前景。当前太赫兹技术逐渐成为世界范围内广泛研究的热点，国际上关于太赫兹波的研究机构大量涌现，并取得了很多研究成果。由于在相当长时间里太赫兹波源的问题未能很好解决，太赫兹波科学技术的发展受到限制，从而使其应用潜能未能发挥出来。目前国际上已经成功研制出多种太赫兹波源和检测装置，使得太赫兹波技术在成像、医学诊断、无线通信、空间天文学等领域逐渐获得应用，然而这些系统需要对太赫兹波进行开关控制，但是现有的太赫兹波开关存在着开关响应速度慢、结构复杂、制作困难、价格昂贵等不足，因此非常有必要研究开发一种结构简单、响应速度快、制作成本低的太赫兹波高速开关。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种太赫兹波高速开关装置及其方法。太赫兹波开关装置包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、太赫兹波探测器、激光发射器、外加激光输入端、半圆柱形高阻硅棱镜、金属薄膜、聚合物；在聚合物上设有金属薄膜，聚合物和金属薄膜均为长方体，金属薄膜上设有半圆柱形玻璃棱镜，半圆柱形高阻硅棱镜的切面为长方形，半圆柱形高阻硅棱镜下底面的长方形与金属薄膜长方体平行且大小相等，激光发射器发出激光经过外加激光输入端射入聚合物，太赫兹波从半圆柱形高阻硅棱镜一侧面的太赫兹波输入端输入，进入半圆柱形高阻硅棱镜，经反射后从半圆柱形高阻硅棱镜另一侧面的太赫兹波输出端输出后，由太赫兹波输出端端部的太赫兹波探测器探测输出的太赫兹波。所述的半圆柱形玻璃棱镜的半径为10mnT20mm。所述的金属薄膜的厚度为50nnT60nm。所述的聚合物的厚度为2 μ m 20 μ m。太赫兹波高速开关方法是当激光输入端无外加激光时，以60°角度入射的太赫兹波从太赫兹波输入端输入，从半圆柱形高阻硅棱镜一边侧面入射到半圆柱形高阻硅棱镜侧面，从半圆柱形高阻硅棱镜另一边侧面反射输出至太赫兹波输出端，此时太赫兹波探测器探测到输出的太赫兹波；当外加激光输入端有外加激光时，聚合物介电常数产生变化，共振导模频率产生改变，以60°角度入射的太赫兹波在半圆柱形高阻硅棱镜一边侧面入射后， 从半圆柱形高阻硅棱镜另一边侧面反射输出至太赫兹波第二输出端的强度变弱，此时，太赫兹波探测器不能探测到输出的太赫兹波。由于利用外加激光控制聚合物介电常数产生变化的时间可达皮秒量级，因此通过该结构可以实现对太赫兹波的高速开关控制。本发明的太赫兹波高速开关装置具有结构紧凑，响应速度快，制作成本低，满足在太赫兹波成像、太赫兹波通信、太赫兹波空间天文学等领域应用的要求。


图1是太赫兹波高速开关装置的平面结构示意图； 图2是太赫兹波高速开关装置的立体结构示意图3是高阻硅棱镜结构示意图4是无外加激光射入时，太赫兹波高速开关结构的导模图； 图5是有外加激光射入时，太赫兹波高速开关结构的导模图； 图6是无外加激光射入时，太赫兹波高速开关结构中的太赫兹波稳态传输示意图； 图7是有外加激光射入时，太赫兹波高速开关结构中的太赫兹波稳态传输示意图。
具体实施例方式如图广3所示，太赫兹波高速开关，其特征在于太赫兹波输入端1、太赫兹波输出端2、太赫兹波探测器3、激光发射器4、外加激光输入端5、半圆柱形高阻硅棱镜6、金属薄膜 7、聚合物8 ；在聚合物8上设有金属薄膜7，聚合物8和金属薄膜7均为长方体，金属薄膜7 上设有半圆柱形玻璃棱镜6，半圆柱形高阻硅棱镜6的切面为长方形，半圆柱形高阻硅棱镜 6下底面的长方形与金属薄膜7长方体平行且大小相等，激光发射器4发出激光经过外加激光输入端5射入聚合物8，太赫兹波从半圆柱形高阻硅棱镜6 —侧面的太赫兹波输入端1 输入，进入半圆柱形高阻硅棱镜6，经反射后从半圆柱形高阻硅棱镜6另一侧面的太赫兹波输出端2输出后，由太赫兹波输出端2端部的太赫兹波探测器3探测输出的太赫兹波。所述的半圆柱形高阻硅棱镜6半径为10mnT20mm。所述的金属薄膜7厚度为 50nnT60nm。所述的聚合物8厚度为2 μ m 20 μ m。太赫兹波高速开关方法是
半圆柱形高阻硅棱镜的半径为IOmm ；金属薄膜材料采用银，厚度为50nm ；聚合物材料采用C513掺杂聚苯乙烯，厚度为10 μ m。外加激光输入端5无激光时，以60°角度入射的太赫兹波从太赫兹波输入端1输入，从半圆柱形高阻硅棱镜6 —侧面入射到半圆柱形高阻硅棱镜6侧面，从半圆柱形高阻硅棱镜6另一侧面反射输出至太赫兹波输出端2，此时太赫兹波探测器3探测到输出的太赫兹波；当外加激光输入端5有外加激光时，聚合物8介电常数产生变化，共振导模频率产生改变，以60°角度入射的太赫兹波在半圆柱形高阻硅棱镜6 一侧面入射后，从半圆柱形高阻硅棱镜6另一侧面反射输出至太赫兹波第二输出端5的强度变弱，此时，太赫兹波探测器3不能探测到输出的太赫兹波。由于利用外加激光控制聚合物8介电常数产生变化的时间可达皮秒量级，因此通过该结构可以实现对太赫兹波的高速开关控制。
实施例1
0. 3THz频率的太赫兹波开关
选择Microtech出售的BWOs，其中返波管型号选为QS2-500 (频率在0. 1-0. 5THz频段可调谐)。选择太赫兹通信用的太赫兹波频率为0.3THZ。设计的半圆柱形高阻硅棱镜的半径为IOmm ；金属薄膜材料采用银，厚度为50nm ；聚合物材料采用C513掺杂聚苯乙烯，厚度为ΙΟμπι。外加激光输入端5无激光时，以60°角度入射的太赫兹波从太赫兹波输入端1 输入，从半圆柱形高阻硅棱镜6 —侧面入射到半圆柱形高阻硅棱镜6侧面，从半圆柱形高阻硅棱镜6另一侧面反射输出至太赫兹波输出端2，此时太赫兹波探测器3探测到输出的太赫兹波；当外加激光输入端5有外加激光时，聚合物8介电常数产生变化，共振导模频率产生改变，以60°角度入射的太赫兹波在半圆柱形高阻硅棱镜6 —侧面入射后，从半圆柱形高阻硅棱镜6另一侧面反射输出至太赫兹波第二输出端5的强度变弱，此时，太赫兹波探测器3不能探测到输出的太赫兹波。获得的无外加激光射入时，太赫兹波高速开关结构中的太赫兹波稳态传输情况如附图6 ；有外加激光射入时，太赫兹波高速开关结构中的太赫兹波稳态传输情况如附图7。该结构可以实现对太赫兹波的开关控制速度达到皮秒量级。
权利要求
1.一种太赫兹波高速开关装置，其特征在于包括太赫兹波输入端(1)、太赫兹波输出端(2)、太赫兹波探测器(3)、激光发射器(4)、外加激光输入端(5)、半圆柱形高阻硅棱镜(6)、金属薄膜(7)、聚合物(8);在聚合物(8)上设有金属薄膜(7)，聚合物(8)和金属薄膜(7)均为长方体，金属薄膜(7)上设有半圆柱形玻璃棱镜(6)，半圆柱形高阻硅棱镜(6)的切面为长方形，半圆柱形高阻硅棱镜(6)下底面的长方形与金属薄膜(7)长方体平行且大小相等，激光发射器(4)发出激光经过外加激光输入端(5)射入聚合物(8)，太赫兹波从半圆柱形高阻硅棱镜(6)—侧面的太赫兹波输入端(1)输入，进入半圆柱形高阻硅棱镜(6)，经反射后从半圆柱形高阻硅棱镜(6)另一侧面的太赫兹波输出端(2)输出后，由太赫兹波输出端(2)端部的太赫兹波探测器(3)探测输出的太赫兹波。
2.如权利要求1所述的一种太赫兹波高速开关装置，其特征在于所述的半圆柱形高阻硅棱镜(5)的半径为l(T20mm。
3.如权利要求1所述的一种太赫兹波高速开关装置，其特征在于所述的金属薄膜(6) 的厚度为5(T60nm。
4.如权利要求1所述的一种太赫兹波高速开关装置，其特征在于所述的聚合物(7)的厚度为2 20 μ m。
5.一种使用如权利要求1所述装置的太赫兹波高速开关方法，其特征在于外加激光输入端(5)无激光时，以60°角度入射的太赫兹波从太赫兹波输入端(1)输入，从半圆柱形高阻硅棱镜(6)—侧面入射到半圆柱形高阻硅棱镜(6)，从半圆柱形高阻硅棱镜(6)另一侧面反射输出至太赫兹波输出端(2)，此时太赫兹波探测器(3)探测到输出的太赫兹波；当外加激光输入端(5)有外加激光时，聚合物(8)介电常数产生变化，共振导模频率产生改变，以 60°角度入射的太赫兹波在半圆柱形高阻硅棱镜(6) —侧面入射后，从半圆柱形高阻硅棱镜(6)另一侧面反射输出至太赫兹波输出端(2)的强度变弱，此时，太赫兹波探测器(3)不能探测到输出的太赫兹波，利用外加激光控制聚合物(8)介电常数产生变化的时间可达皮秒量级，实现对太赫兹波的高速开关控制。
全文摘要
本发明公开了一种高速太赫兹开关装置及其方法。在聚合物上设有金属薄膜，聚合物和金属薄膜均为长方体，金属薄膜上设有半圆柱形玻璃棱镜，半圆柱形高阻硅棱镜的切面为长方形，半圆柱形高阻硅棱镜下底面的长方形与金属薄膜长方体平行且大小相等，激光发射器发出激光经过外加激光输入端射入聚合物，太赫兹波从半圆柱形高阻硅棱镜一侧面的太赫兹波输入端输入，进入半圆柱形高阻硅棱镜，经反射后从半圆柱形高阻硅棱镜另一侧面的太赫兹波输出端输出后，由太赫兹波输出端端部的太赫兹波探测器探测输出的太赫兹波。本发明具有结构紧凑，响应速度快，损耗小，制作成本低，满足在太赫兹波成像、太赫兹波通信、太赫兹波空间天文学等领域应用的需求。
文档编号G01J3/08GK102495508SQ201110431158
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者李九生 申请人:中国计量学院