[发明专利]一种基于多模共振的太赫兹波导型选模器

说明书

本发明提供了一种基于多模共振的太赫兹波导型选模器，其属于微纳光学器件与光通信技术领域，其包括两块刻有周期起伏凹槽结构的平板，平板表面敷设有太赫兹频段损耗较低的金属材料，两块平板的凹槽结构相对称平行设置，且两块平板的凹槽结构之间构成一个具有矩形结构的空腔。金属材料采用金，其在太赫兹波段的损耗系数约为6cm^‑1。在矩形结构的空腔内充入在太赫兹频段内敏感的电介质，以实现太赫兹工作频段的调谐。所述电介质为液晶材料。本发明基于多模共振的太赫兹波导型选模器具有结构简单、尺寸小，成本低、易于集成等优点。

技术领域

本发明属于微纳光学器件与光通信技术领域，具体涉及一种基于多模共振的太赫兹波导型选模器。

背景技术

太赫兹波是一种频率范围在0.1THz-10 THz、波长介于微波和红外辐射之间的电磁波，太赫兹波具备微波和红外辐射两者所不具备的独特特性，在宽带通信、无损检测、医学成像等领域有着广泛的研究价值和应用前景。近年来，与太赫兹波相关的研究成为光学领域的研究热点，特别是搭建完整的太赫兹系统在产业上投入及应用的研究。太赫兹系统主要包括辐射源、探测器件和各种功能型器件，其中太赫兹波功能型器件(如滤波器、分束器、模式转换器、光开关等)是太赫兹波应用系统的核心部分。但现有研究应用中，太赫兹波段功能型器件尤其是可控功能器件的匮乏，限制了太赫兹波技术的进一步应用。

在一些重要的太赫兹波应用领域，如超透明器件、量子级联激光器、无衍射光束和低传输及弯曲损耗波导中，都需要对太赫兹波进行模式调控。2020年程培康等人在《中国激光》上发表文章，报道了一种基于腔内的模式选择耦合器(MSC)输出模式可切换的调Q脉冲掺铒光纤激光器，通过布拉格光栅和MSC的共同作用，实现输出波长的选择和不同模式间的转换。2021年郭英豪等人在《中国激光》上发表文章，提出可直接实现矢量模式转换的全光纤模式选择耦合器，该矢量模式选择耦合器由一个普通单模光纤和一个空气芯环形少模光纤组成，并且在不同单模光纤纤芯半径处可以实现基模(HE₁₁)向特定高阶矢量模式(TE₀₁,HE₂₁,TM₀₁)的转换。现有实际研发出来的器件或系统，普遍存在损耗大、透过率小、性能不稳定等问题。

如何设计和实现损耗小、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。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明人经过多次设计和研究，提供了一种基于多模共振的太赫兹波导型选模器，其低传输损耗、低插入损失和易于集成。

依据本发明的技术方案，提供一种基于多模共振的太赫兹波导型选模器，其包括两块刻有周期起伏凹槽结构的平板，平板表面敷设有太赫兹频段损耗较低的金属材料，两块平板的凹槽结构相对称平行设置，且两块平板的凹槽结构之间构成一个具有矩形结构的空腔。

其中，金属材料采用金，其在太赫兹波段的损耗系数约为6cm^-1。在矩形结构的空腔内充入在太赫兹频段内敏感的电介质，以实现太赫兹工作频段的调谐。所述电介质为液晶材料。

进一步地，平板采用光刻技术在非金属材料上加工形成。基于多模共振的太赫兹波导型选模器空腔内所充入液晶材料的有效折射率

n(θ)与旋转角度θ有关，可表示为：

其中，n_o为液晶的寻常光折射率和为n_e非寻常光折射率。

优选地，在基于多模共振的太赫兹波导型选模器中，两块刻有周期起伏凹槽结构的平板包括上平板和下平板，上平板的下表面与下平板的上表面相对应设置且平行设置，上平板的凹槽与下平板的凹槽对应构成一个个矩形结构的空腔，多个矩形结构的空腔构成一组矩形周期起伏结构。

优选地，所述非金属材料为亚克力、玻璃或硅片。