[发明专利]一种等离子体太赫兹波导生成装置

说明书

本发明公开了一种等离子体太赫兹波导生成装置，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，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，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。本发明能够实现光子晶体带隙特征的“电控式”调节，且具有动态响应快、可重构和调节频带宽的特点。

技术领域

本发明属于太赫兹技术、放电等离子体技术领域，特别涉及了等离子体太赫兹波导技术。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率在0.1～10THz(波长为30～3000μm,1THz＝10¹²Hz)范围内的电磁波。THz技术被广泛应用于生物分子识别、材料诊断、天文观测、大气与环境监测、无线通信、国家安全与反恐等多个重要领域。在THz应用系统中,太赫兹波的传输通道—波导是不可或缺的关键部分。

光子晶体是含周期排列的人工微结构，具有光子禁带和光子局域的特性，能够用于制作太赫兹波导。在光子晶体的光子禁带中，频率落入禁带范围内的电磁波无法在光子晶体内传播。然而，若在光子晶体的周期性结构中引入缺陷，则会在光子禁带中产生窄通带。因此，通过在光子晶体中引入线缺陷的方式可以用来制作基于光子晶体的太赫兹波导，即与缺陷模相应频率的电磁波在线缺陷中具有高透过率，而远离线缺陷就会迅速衰减。现有太赫兹波导大多以空气或金属等作为缺陷介质，结构固定、仅能实现一种波导形式、工作频段狭窄，通用性较差，具有较大的局限性。

以下是3种现有的基于光子晶体的毫米波波导技术。

(1)基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器，见中国专利申请1(公开号CN107908021A)，本发明实施例公开了一种基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器。该环行器包括一个T字型光子晶体波导，所述T字型光子晶体波导中心设置有一个第一磁光介质柱，所述T字型光子晶体波导的两个拐角处分别设置有第二磁光介质柱，所述第一磁光介质柱的形状和所述第二磁光介质柱的形状相同，以及所述第一磁光介质柱的横截面积大于所述第二磁光介质圆柱的横截面积。本发明实施例通过在T字型光子晶体波导中心及两个拐角处分别设置第一磁光介质柱和第二磁光介质柱，利用磁光介质柱的法拉第旋转效应，得到一种隔离度更高、插入损耗更小的便于集成的T字型光子晶体环行器。该专利申请的不足之处在于使用的介质为氧化铝陶瓷和镍-锌铁氧体，其介电常数等参数均固定不变，仅可在3cm波长的X波段工作，而且结构无法重构，仅能实现T字型的一种波导形式。

(2)一种基于光子晶体波导的毫米波与太赫兹波阻抗调配器，见中国专利申请2(公开号CN107240750A)，本发明属于无线通信技术领域，提供一种基于光子晶体波导的毫米波与太赫兹波阻抗调配器，用以实现毫米波与太赫兹波系统的传输匹配。本发明阻抗调配器由光子晶体波导和调节金属柱组成，光子晶体波导由两块金属板及固定连接于两块金属板之间的若干个固定金属柱构成，光子晶体波导沿中线预留缺陷结构，固定金属柱对称分布于缺陷结构两侧，金属板沿缺陷结构两侧还对称设置有若干个通孔，调节金属柱通过通孔贯通于管子晶体波导内、与金属板形成活动连接，同时，调节金属柱与固定金属柱共同形成阵列分布。本发明通过调节金属柱实现调配器中不同数量和排列方式的金属柱，形成若干种阻抗匹配。该专利的不足之处在于金属柱需通过机械装置插入或拔出光子晶体结构，响应速度慢，无法进行连续调节，操作复杂，仅能实现直线型波导。