一种可调谐太赫兹单模发生器制造技术

本发明专利技术属于太赫兹波科学与技术领域，具体涉及一种太赫兹波可控的可调谐太赫兹单模发生器。一种可调谐太赫兹单模发生器，包括液晶填充层和电介质层，所述电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构，将液晶填充到电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构的中空处形成液晶层，所述液晶填充层是对磁场敏感的向列型液晶，且填充在圆柱状变截面周期波导中，波导两端用电介质层封口。本发明专利技术提供的太赫兹单模发生器，通过波导截面的周期性变化，引发其中多横模共振相互作用，有效地实现低阶模式到高阶模式的转化并输出；高阶模式损耗小、消光比高、透过率稳定，并且可调谐范围宽；制备工艺简单、价格低廉、体积小、重量轻、便于集成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太赫兹波科学与
，具体涉及一种太赫兹波可控的可调谐太赫兹单模发生器。
技术介绍
太赫兹波通常是指频率为0.1～10THz之间的电磁波，在电磁波谱中介于微波和红外辐射之间，具有两者所不具备的独特特性，如宽带性、低能量、高穿透性等等，在宽带通信、安全检查、军事雷达和医学成像等多个领域展示出广泛的应用前景，科学研究价值极高。为实现太赫兹波技术的广泛应用，除了高能量稳定的太赫兹源和方便快捷的太赫兹波检测方法外，还需要对太赫兹波的传播进行控制。近年来，科学研究者逐渐从关注低损耗、低色散的太赫兹传输，发展到太赫兹波模式可控传输的研究。以产生单一高阶模式为目的的太赫兹器件是太赫兹波模式可控传输的重要组成部分，也是目前太赫兹波技术发展面临的重大挑战之一。目前报道中，对太赫兹波的吸收损耗较小的材料有高阻硅、高密度聚乙烯、高电导率金属(金、银、铜等)。如利用高密度聚乙烯制作的光子晶体光纤，其在0.1～3THz的损耗系数小于0.5cm-1[Appl.Phys.Lett.Vol.80,No.15,pp:2634～2634,2002]，可以有效地传输太赫兹波；一种内壁涂有铜的空芯聚碳酸酯波导(纤芯直径为3mm)，其中波长为158.51μm太赫兹波的损耗最小，为3.9dB/m[Opt.Express,Vol.12,No.21,pp:5263～5268,2004]。因此，如何利用高密度聚乙烯和高电导率金属材料，设计和实现损耗小、透过率大、性能稳定的太赫兹模式可控器件是太赫兹波技术发展中急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种损耗小、透过率大、性能稳定的并且利用填充的液晶分子对磁场的敏感性，实现对太赫兹波单模中心频率的可调谐太赫兹单模发生器。本专利技术的目的是这样实现的：一种可调谐太赫兹单模发生器，包括液晶填充层和电介质层，所述电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构，将液晶填充到电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构的中空处形成液晶层，所述液晶填充层是对磁场敏感的向列型液晶，且填充在圆柱状变截面周期波导中，波导两端用电介质层封口。所述填充的液晶为在太赫兹波段具有高双折射的向列型液晶，双折射系数大于0.15。所述电介质层为高密度聚乙烯或聚四氟乙烯。所述液晶填充层的大半径r1＝184.8μm，小半径r2＝151.2μm，周期长度Λ＝212μm，周期起伏参数ε＝16.8μm；所述电介质层的厚度为10μm。所述填充液晶的圆柱状变截面周期波导中发生多横模之间的共振相互作用，当波导输入端输入低阶模式太赫兹波，则在输出端产生一个高阶模式太赫兹 波。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的太赫兹单模发生器，通过波导截面的周期性变化，引发其中多横模共振相互作用，有效地实现低阶模式到高阶模式的转化并输出；高阶模式损耗小、消光比高、透过率稳定，并且可调谐范围宽；制备工艺简单，价格低廉，体积小，重量轻，便于集成。附图说明图1是本专利技术实施例中圆柱状矩形周期起伏波导的结构示意图；图2是本专利技术实施例中可调谐太赫兹波单模发生器输出端电磁场径向分布图；图3是本专利技术实施例中入射角为0°和45°时，可调谐太赫兹波单模发生器的透射谱线；图4是本专利技术实施中太赫兹波单一高阶模发生器的工作频率随入射角的变化。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。图1中，1-高密度聚乙烯，2-向列型液晶E7。本专利技术公开一种可调谐的太赫兹单模发生器，具体是一种圆柱状变截面周期波导结构，由内向外包括液晶填充层和电介质层。本专利技术利用多横模间共振相互作用，设计了变截面周期波导结构，其可以实现太赫兹波单一高阶模式的产生及透射。所述电介质层构成中空的圆柱状变截面周期波导结构，所述液晶填充层是将向列型液晶填充在所述圆柱状变截面周期波导中，波导的两端用电介质封口。利用磁场对向列型液晶的折射率进行调控，能够实现太赫兹单模频率的可调谐。本专利技术所提供的可调谐太赫兹单模发生器，不仅具有制备工艺简单、操作方便、性能稳定的优点，而且体积小、利于集成，损耗小，可调谐范围宽，科学意义及应用价值很高。本专利技术提供的可调谐太赫兹单模发生器，是包括液晶填充层和电介质层的一种圆柱状变截面周期波导。在所述圆柱状变截面周期波导中，由于周期结构的引入，导致波导中发生多横模间共振相互作用，输入的低阶模式被抑制，高阶模式产生并透射，实现性能稳定的单一高阶模式输出。可调谐太赫兹单模发生器，包括液晶填充层和电介质层，所述电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构，将液晶填充到电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构的中空处形成液晶层，所述液晶填充层是对磁场敏感的向列型液晶，且填充在圆柱状变截面周期波导中，波导两端用电介质层封口。所述填充的液晶为在太赫兹波段具有高双折射、低损耗的向列型液晶，双折射系数大于0.15，并对磁场敏感。所述电介质层为在太赫兹波段的低损耗、低色散的聚合物材料，如高密度聚乙烯、聚四氟乙烯等。所述液晶填充层的大半径r1＝184.8μm， 小半径r2＝151.2μm，周期长度Λ＝212μm，周期起伏参数ε＝16.8μm；所述电介质层的厚度为10μm，用于固定液晶。所述填充液晶的圆柱状变截面周期波导中发生多横模之间的共振相互作用，当波导输入端输入低阶模式太赫兹波，则在输出端可以产生一个高阶模式太赫兹波。所述液晶分子取向沿磁场方向改变，液晶对入射太赫兹波的有效折射率取决于液晶分子，即磁场的方向与入射线偏振太赫兹波的夹角，使得液晶折射率可调，从而实现透射的单一高阶模式可调谐。所述电介质层，一般由能够低损耗、低色散传输太赫兹波的聚合物材料制成，厚度为10μm，构成中空的圆柱状变截面周期波导，并在其中填充对太赫兹波高双折射、低损耗传输且磁场敏感的向列型液晶。所述液晶填充层的大半径r1＝184.8μm，小半径r2＝151.2μm，周期长度Λ＝212μm，周期起伏参数ε＝16.8μm。所使用的液晶可以为向列型E7、5CB等，在太赫兹波段具有高双折射、低损耗的特性，双折射系数大于0.15。通过控制波导周围的磁场方向，改变液晶分子取向，使得液晶对入射线偏振太赫兹波的有效折射率改变，从而改变太赫兹单模发生器输出单一高阶模式的中心频率位置，实现调谐的功能。这里，太赫兹波偏振方向与液晶分子取向的夹角为θ，所述液晶有效折射率nz(θ)与夹角θ的关系为： 1 n z 2 ( θ ) = sin 2 ( θ ) n e 2 ( θ ) + 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐太赫兹单模发生器，包括液晶填充层和电介质层，其特征在于：所述电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构，将液晶填充到电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构的中空处形成液晶层，所述液晶填充层是对磁场敏感的向列型液晶，且填充在圆柱状变截面周期波导中，波导两端用电介质层封口。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐太赫兹单模发生器，包括液晶填充层和电介质层，其特征在于：所述电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构，将液晶填充到电介质层构成圆柱状中空变截面周期波导结构的中空处形成液晶层，所述液晶填充层是对磁场敏感的向列型液晶，且填充在圆柱状变截面周期波导中，波导两端用电介质层封口。2.根据权利要求1所述的一种可调谐太赫兹单模发生器，其特征在于：所述填充的液晶为在太赫兹波段具有高双折射的向列型液晶，双折射系数大于0.15。3.根据权利要求1所述的一种可调谐太赫兹单模发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶智勇，徐丹，赵秋玉，徐兰兰，桑汤庆，樊亚仙，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23