[发明专利]一种等离子体太赫兹波导生成装置

权利要求书

1.一种等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：包括微控制器、人机交互模块、供电电源、高压脉冲电源、地电极、介质板以及N条高压脉冲支路，介质板上设有贯穿整个介质板的微通孔阵列，微通孔的数量为N，一条高压脉冲支路对应一个微通孔，每条高压脉冲支路包括一个电阻、一个高压固态开关、一个驱动模块和一个针电极，每个针电极从介质板的上表面插入对应的微通孔内，且针电极的外表面与微通孔的内表面紧密贴合，地电极紧密贴合在介质板的下表面，且地电极电气连接至高压脉冲电源的接地端，通过针电极和地电极将微通孔阵列的两端密封，每个微通孔内含有工作气体，在一条高压脉冲支路中，针电极经依次串联的高压固态开关和电阻与高压脉冲电源的输出端电气连接，且高压固态开关的控制端通过屏蔽线与驱动模块的输出端电气连接，各驱动模块的输入端、高压脉冲电源的控制端和人机交互模块的输出端分别与微控制器的I/O口电气连接，微控制器和各驱动模块的供电端分别与供电电源的输出端电气连接；根据太赫兹波导模式要求，在人机交互模块上选择需要导通的高压固态开关，人机交互模块输出相应触发信号至微控制器，微控制器输出对应的开通和关断信号给相应的驱动模块，从而控制对应的高压固态开关进行开通和关断动作，当高压固态开关导通时，对应的针电极上施加了高压脉冲，使微通孔内的工作气体放电产生微等离子体，同时太赫兹波从介质板的一侧入射，从而在等离子体光子晶体中形成特定的太赫兹线缺陷；通过人机交互模块输出不同触发信号，实现不同太赫兹波导的快速切换；通过调节高压脉冲电源参数和/或改变工作气体，能够改变微等离子体的特征物理参数，从而对等离子体光子晶体的带隙特征进行动态调控。

2.根据权利要求1所述等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：所述高压脉冲电源的输出电压范围为0-20 kV，且能够在该范围内连续可调，输出频率为1-50 kHz，输出脉冲宽度为1-50 μs，脉冲上升沿小于1μs。

3.根据权利要求1所述等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：所述介质板的材料为玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯；介质板上微通孔的数量至少为9，呈矩形或梯形排列，微通孔的孔径为50-500 μm，相邻微通孔的间距为200-2000 μm，介质板的厚度为5-20 mm。

4.根据权利要求1所述等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：所述针电极的材料为不锈钢、铝或铜；针电极上位于微通孔之外的部分镀有绝缘层，绝缘层的材料为环氧树脂或聚四氟乙烯，采用磁控溅射法镀层，其厚度为20-100 μm。

5.根据权利要求1所述等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：所述地电极的材料为不锈钢、铝或铜，呈平板形状，厚度为1-5 mm。

6.根据权利要求1所述等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：所述工作气体为氦气、氖气或氩气，气体的工作压强为1-100 kPa。

7.根据权利要求1所述等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：所述屏蔽线为射频屏蔽线，屏蔽线的编织层为红铜或镀锡铜，屏蔽线能够对1GHz范围内的电磁辐射具有20dB以上的衰减。

8.根据权利要求1所述等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：所述电阻为高压无感电阻，阻值为0.1-10 kΩ，功率为50-500 W；所述高压固态开关为IGBT模块，其耐压值为15kV，最大允许电流有效值为20A以上，开通后关断时间小于2μs；所述驱动模块输出的驱动电压为±15V，驱动电流的幅值为100mA以上；所有电阻、高压固态开关和驱动模块设置在一块PCB板上。

9.根据权利要求1所述等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：所述人机交互模块采用触摸电容屏。

10.根据权利要求9所述等离子体太赫兹波导生成装置，其特征在于：所述触摸电容屏上显示了介质板上的微通孔阵列，根据太赫兹波导模式要求，点击选中需要产生微等离子体的微通孔，从而生成对应的高压固态开关的触发信号。