專利名稱：一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)太赫茲波的裝置，尤其涉及一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)。
背景技術(shù)：
太赫茲(THz)波是頻率在O.1THz到IOlTHz范圍的電磁波，波長(zhǎng)大概在30 μ m到 3mm范圍，介于微波與紅外線波之間，是電磁波譜中一個(gè)很重要的波段。由于受到有太赫茲產(chǎn)生源和靈敏探測(cè)器的限制，涉及太赫茲波段的研究進(jìn)展較緩慢，因此這一波段也被稱為太赫茲間隙。
與其它波段的電磁波相比，太赫茲波輻射源具有想干性好、光子能量低、穿透力強(qiáng)等獨(dú)特優(yōu)異的特性，所以在物理、化學(xué)和醫(yī)藥科學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，以及安全檢查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢查、衛(wèi)星通信等應(yīng)用研究領(lǐng)域均具有巨大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。因此，研究和開(kāi)發(fā)太赫茲技術(shù)及相關(guān)太赫茲器件無(wú)論對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)研究還是市場(chǎng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用都有著十分重要的意義。
目前太赫茲波光源、傳輸和檢測(cè)技術(shù)不成熟。太赫茲波探測(cè)方面由于其光子量較低，背景噪聲較大，給太赫茲探測(cè)帶來(lái)諸多技術(shù)上的難題?，F(xiàn)有的檢測(cè)太赫茲波的裝置是利用太赫茲探測(cè)器將太赫茲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對(duì)輸出電信號(hào)濾波放大后再進(jìn)行測(cè)試，太赫茲信號(hào)仍然是在太赫茲波段進(jìn)行檢測(cè)。然而，上述現(xiàn)有的通過(guò)放大電信號(hào)來(lái)檢測(cè)太赫茲波的裝置，其檢測(cè)靈敏度低、體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能集成在一起及容易受電磁干擾。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其檢測(cè)靈敏度高、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、利于制作集成及不受電磁干擾。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，提出一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其包括吸波超材料及溫度檢測(cè)裝置；該吸波超材料包括具有兩相對(duì)側(cè)表面的基材，該兩相對(duì)側(cè)表面至少一側(cè)表面上附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，太赫茲波通過(guò)該吸波超材料時(shí)被該吸波超材料吸收并使得該吸波超材料溫度發(fā)生變化；該溫度檢測(cè)裝置包括平面光波導(dǎo)溫度傳感器及數(shù)據(jù)處理單元，該平面光波導(dǎo)溫度傳感器用于檢測(cè)吸波超材料溫度，該數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)吸波超材料溫度的變化得出該電磁波功率。
進(jìn)一步地，所述平面光波導(dǎo)溫度傳感器為平面光波導(dǎo)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x。
進(jìn)一步地，所述平面光波導(dǎo)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x包括
激光器，用以發(fā)出激光束；
第一耦合器，用以將該激光束分離為第一激光束和第二激光束
第一平面光波導(dǎo)臂和第二平面光波導(dǎo)臂，為高分子材料光波導(dǎo)，用以分別接收并傳輸該第一激光束和該第二激光束；當(dāng)該第一平面光波導(dǎo)臂 和/或該第二平面光波導(dǎo)臂溫度發(fā)生變化時(shí)，該第一激光束和/或該第二激光束相位相應(yīng)發(fā)生變化；
第二耦合器，用以接收相位發(fā)生變化的該第一激光束和該第二激光束、將該相位 變化轉(zhuǎn)化為光功率變化并輸出該光功率變化信息；
探測(cè)器，用以接收從該第二耦合器輸出的該光功率變化信息并將該光功率變化信 息輸出至該數(shù)據(jù)處理單元；
其中，該第一平面光波導(dǎo)臂和該第二平面光波導(dǎo)臂兩者之一集成于該吸波超材料 中。
進(jìn)一步地，該第一耦合器或/和第二耦合器為硅基二氧化硅平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地,該基材兩相對(duì)側(cè)表面的一側(cè)表面上附著有第一人造微結(jié)構(gòu)，另一側(cè)表 面上附著有與該第一人造微結(jié)構(gòu) 對(duì)應(yīng)的第二人造微結(jié)構(gòu)；該第一人造微結(jié)構(gòu)包括相互 垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支，分別連接在該第一金屬分支兩端且垂直于該 第一金屬分支的第二金屬分支；該第二人造微結(jié)構(gòu)由一邊具有缺口的四邊形狀的第三金屬 分支構(gòu)成。
進(jìn)一步地，該人造微結(jié)構(gòu)包括第一金屬分支，該第一金屬分支構(gòu)成一邊具有缺口 的四邊形狀；一端設(shè)于該缺口相對(duì)的四邊形邊上并向該缺口延伸且突出該缺口的第二金屬 分支；垂直于該第二金屬分支另一端的第三金屬分支。
進(jìn)一步地，該基材為片狀基材，該吸波超材料由附著有多個(gè)該人造微結(jié)構(gòu)的該片 狀基材疊加而成。
進(jìn)一步地,該基材由高分子聚合物、陶瓷、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。
進(jìn)一步地，多個(gè)該人造微結(jié)構(gòu)為周期排列，并通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻、 離子刻附著于該基材兩相對(duì)側(cè)表面至少一側(cè)表面上。
進(jìn)一步地，所述平面光波導(dǎo)溫度傳感器可為由微環(huán)諧振腔制作的溫度傳感器。
綜上所述，本發(fā)明通過(guò)將吸波超材料與溫度檢測(cè)裝置結(jié)合起來(lái)，溫度檢測(cè)裝置能 精確、及時(shí)地測(cè)量吸波超材料將太赫茲波能量轉(zhuǎn)化為熱能所產(chǎn)生的溫度變化，從而精確測(cè) 量電磁波的功率，具有其檢測(cè)靈敏度高、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、利于制作集成及不受電磁干擾 的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)吸波超材料第一 實(shí)施方式立體結(jié)構(gòu)示意圖2、圖3分別為圖1所示吸波超材料的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)?結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)吸波超材料第二 實(shí)施方式立體結(jié)構(gòu)示意圖5為圖4所示吸波超材料人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖6為圖5所示人造微結(jié)構(gòu)分別響應(yīng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分解原理圖7為本發(fā)明一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)采用平面光波導(dǎo) 馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
吸波材料是指能夠?qū)⑷肷涞碾姶挪芰哭D(zhuǎn)換為熱能或其它形式的能量而耗散掉的一種材料。吸波材料的基本物理原理是材料對(duì)入射電磁波實(shí)現(xiàn)有效吸收，將電磁波能量轉(zhuǎn)換并耗散掉，該材料應(yīng)具備兩個(gè)特性即阻抗匹配特性和衰減特性。阻抗匹配特性是指從自由空間入射到吸波材料表面的電磁波被吸波材料表面反射而形成的反射特性。理想的吸波材料要達(dá)到完美阻抗匹配特性時(shí)應(yīng)使得從自由空間入射的電磁波在理想吸波材料表面形成零反射，即電磁波全部進(jìn)入理想吸波材料內(nèi)部。由于自由空間阻抗Z= 1，根據(jù)公式Z= 可知，當(dāng)該吸波材料的相對(duì)介電常數(shù)ε和相對(duì)磁導(dǎo)率μ相等時(shí)即可達(dá)到理想阻抗匹配特性。其中由于吸波材料存在損耗，所以相對(duì)介電常數(shù)ε = ε ’-j ε ”，相對(duì)磁導(dǎo)率μ =μ’-jy”。衰減特性是指進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁波產(chǎn)生損耗而被吸收的現(xiàn)象，損耗大小可用電損耗因子tan δ e = ε ” / ε ’和磁損耗因子tan δ m = μ ” / μ ’來(lái)表征。
吸波材料吸收電磁波能量所產(chǎn)生的熱能能改變材料自身的溫度。吸波材料吸收電磁波時(shí)產(chǎn)生的熱能大小由電磁波的功率所決定，其與電磁波的頻率無(wú)關(guān)。因此在根據(jù)所要吸收電磁波的頻率確定吸波材料整體的結(jié)構(gòu)以后即能利用該吸波材料測(cè)定該電磁波的功率。
目前常用的傳統(tǒng)吸波材料有鐵氧體、導(dǎo)電高聚物材料、碳纖維材料、炭黑等。此類(lèi)傳統(tǒng)吸波材料主要是利用不同物質(zhì)的混合配比達(dá)到吸收一定頻段電磁波的目的，此類(lèi)傳統(tǒng)吸波材料就需要針對(duì)不同頻率的電磁波進(jìn)行配比和實(shí)驗(yàn)，需要耗費(fèi)極大的時(shí)間和成本。
超材料是由具有一定圖案形狀的人造微結(jié)構(gòu)按照特定方式周期排列于基材中而構(gòu)成。人造微結(jié)構(gòu)不同的圖案形狀和排列方式使得超材料具有不同的介電常數(shù)和不同的磁導(dǎo)率從而使得超材料具有不同的電磁響應(yīng)。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，超材料需要實(shí)現(xiàn)吸波功能。而改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的圖案和排布方式也可改變吸波超材料所能吸收電磁波的頻率。人造微結(jié)構(gòu)的圖案和排布方式所對(duì)應(yīng)的電磁波頻率可由計(jì)算機(jī)仿真得到，省去了傳統(tǒng)吸波材料為適應(yīng)電磁波頻率的改變而需要配比不同物質(zhì)的時(shí)間成本和人力成本，且超材料整體均采用常規(guī)材料制成、成本低廉。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述兩種具有良好吸波性能和電磁參數(shù)調(diào)節(jié)方便、成本低廉的吸波超材料實(shí)施方式。
如圖1、圖2、圖3所示，圖1為本發(fā)明一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)吸波超材料第一實(shí)施方式立體結(jié)構(gòu)示意圖，吸波超材料I包括具有兩相對(duì)側(cè)表面的基材10與周期附著于基材10兩相對(duì)側(cè)表面的第一人造微結(jié)構(gòu)100和第二人造微結(jié)構(gòu)200。 所謂周期排列是指每一人造微結(jié)構(gòu)所占據(jù)的基材表面空間尺寸應(yīng)為所需響應(yīng)電磁波波長(zhǎng)的五分之一至十分之一。圖1僅示出吸波超材料的一片層立體結(jié)構(gòu)，整個(gè)吸波超材料由多個(gè)片層疊加而成。而采用此類(lèi)方法構(gòu)成吸波超材料可方便的調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D案和尺寸，降低工藝難度。在基材表面上附著人造微結(jié)構(gòu)的制造工藝有多種，例如蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻、離子刻等，其中蝕刻是較優(yōu)的制造工藝，其步驟是在設(shè)計(jì)好合適的人造微結(jié)構(gòu)的平面圖案后，先將一張 金屬箔片整體地附著在基材上，然后通過(guò)蝕刻設(shè)備，利用溶劑與金屬的化學(xué)反應(yīng)去除掉人造微結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)圖案以外的箔片部分，余下的即可得到周期陣列排布的人造微結(jié)構(gòu)。上述金屬箔片的材質(zhì)可以是銅、銀等硬質(zhì)金屬。
當(dāng)基材表面未附著人造微結(jié)構(gòu)時(shí)，其對(duì)電磁場(chǎng)表現(xiàn)出具有初始相對(duì)介電常數(shù)ε I 和初始相對(duì)磁導(dǎo)率μ I ;當(dāng)基材表面附著有人造微結(jié)構(gòu)后，人造微結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)入射電磁場(chǎng)產(chǎn)生響應(yīng)從而使得基材和人造微結(jié)構(gòu)整體構(gòu)成一種超材料，超材料對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)會(huì)因人造微結(jié)構(gòu)尺寸的變化而變化，即超材料的相對(duì)介電常數(shù)ε和相對(duì)磁導(dǎo)率μ會(huì)因人造微結(jié)構(gòu)尺寸的變化而變化。
本發(fā)明的基材采用對(duì)電磁波損耗大的各類(lèi)常見(jiàn)材料，例如高分子聚合物、陶瓷、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等，其中高分子聚合物優(yōu)選FR-4或F4B材料。
圖2和圖3為圖1所不吸波超材料基材兩相對(duì)側(cè)表面附著的不同的兩種人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D案?；囊粋?cè)表面的第一人造微結(jié)構(gòu)100包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支101,分別連接在每個(gè)第一金屬分支101兩端且垂直于第一金屬分支101的第二金屬分支102?；牧硪粋?cè)表面的第二人造微結(jié)構(gòu)200包括第三金屬分支201,該第三金屬分支201構(gòu)成一邊具有缺口 2011的四邊形狀。該兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)在基材兩相對(duì)側(cè)表面一一對(duì)應(yīng)。優(yōu)選地，第一人造微結(jié)構(gòu)100的第二金屬分支102中點(diǎn)分別設(shè)于其所連接的該第一金屬分支101的端點(diǎn)，第二人造微結(jié)構(gòu)200由一邊中點(diǎn)具有缺口 2011的正方形狀的第三金屬分支201構(gòu)成。
當(dāng)入射方向垂直于基材兩相對(duì)側(cè)表面的電磁波該超材料時(shí)，第一人造金屬微結(jié)構(gòu)CS100的第二金屬分支102分別聚集正負(fù)電子形成等效容性元件。根據(jù)公式=—可知，其中ε為超材料相對(duì)介電常數(shù)、S為第二金屬分支面積、d為第二金屬分支間隔、k為常數(shù)、C 為等效電容量，超材料的相對(duì)介電常數(shù)ε可通過(guò)調(diào)整第二金屬分支102的面積S與第二金屬分支102的間距d來(lái)調(diào)整，第二金屬分支102的間距d即為第一金屬分支101的長(zhǎng)度；第二人造金屬微結(jié)構(gòu)20的第三金屬分支201上形成環(huán)形電流，根據(jù)右手螺旋定則，環(huán)形電流產(chǎn)生磁場(chǎng)從而影響超材料的相對(duì)磁導(dǎo)率μ。分別調(diào)節(jié)第一人造金屬微結(jié)構(gòu)100和第二人造金屬微結(jié)構(gòu)200的金屬分支的尺寸和間隔即可調(diào)節(jié)人造金屬微結(jié)構(gòu)對(duì)入射電場(chǎng)和入射磁場(chǎng)的響應(yīng)從而調(diào)節(jié)超材料整體的相對(duì)介電常數(shù)ε和相對(duì)磁導(dǎo)率μ。
當(dāng)人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸使得入射的太赫茲波通過(guò)超材料時(shí)，超材料的相對(duì)介電常數(shù)ε和相對(duì)磁導(dǎo)率μ基本相等時(shí)即滿足本發(fā)明阻抗匹配的設(shè)計(jì)要求。所謂基本相等是指相對(duì)介電常數(shù)ε和相對(duì)磁導(dǎo)率μ只存在不影響阻抗匹配效果的誤差。同時(shí)，為了達(dá)到優(yōu)良的吸波性能還需要繼續(xù)調(diào)整人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸使超材料對(duì)入射電磁波有最大的能量損耗。能量損耗主要是通過(guò)電損耗因子tan δ e和磁損耗因子tan Sm來(lái)表征，不同的基材對(duì)應(yīng)不同的主要損耗因子，例如鐵電材料主要為電損耗因子、鐵磁材料主要為磁損耗因子，而鐵氧材料則兩者皆有。人造金屬微結(jié)構(gòu)對(duì)超材料整體衰減特性的影響是通過(guò)改善基材的裳減特性即提聞超材料整體的相對(duì)介電常數(shù)和/或相對(duì)磁導(dǎo)率的虛部從而提聞超材料整體的衰減特性?？梢岳斫獾模{(diào)整人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸使超材料滿足相對(duì)介電常數(shù)ε和相對(duì)磁導(dǎo)率μ基本相等以及改善基材衰減特性的過(guò)程是交互的，并非調(diào)整完一個(gè)條件以后再在原有基礎(chǔ)上調(diào)整第二個(gè)條件。
圖4為本發(fā)明一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)吸波超材料第二實(shí)施方式立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4所示吸波超材料基材上附著的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D案。第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于基材上附著的人造微結(jié)構(gòu)不同。吸波超材料I 包括基材10與周期附著于基材10上的人造微結(jié)構(gòu)300。人造微結(jié)構(gòu)300包括第一金屬分支301，該第一金屬分支301構(gòu)成一邊具有缺口 3011的四邊形狀；一端設(shè)于缺口 3011相對(duì)的四邊形邊上并向缺口 3011延伸且突出缺口 3011的第二金屬分支302 ;垂直于第二金屬分支302另一端的第三金屬分支303。人造微結(jié)構(gòu)30附著于基材兩相對(duì)側(cè)表面其中之一表面上，優(yōu)選地，為了取得更好的吸波效果在基材兩相對(duì)側(cè)表面上均附著有人造微結(jié)構(gòu)300 且兩相對(duì)側(cè)表面的人造微結(jié)構(gòu)成鏡像對(duì)稱，更優(yōu)選地，每一側(cè)表面的人造微結(jié)構(gòu)300以第二金屬分支302為對(duì)稱軸成左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
本較佳實(shí)施例中人造金屬微結(jié)構(gòu)300相當(dāng)于結(jié)合了第一較佳實(shí)施例中的第一人造金屬微結(jié)構(gòu)100和第二人造金屬微結(jié)構(gòu)200，其對(duì)入射的太赫茲波的電磁響應(yīng)原理與第一較佳實(shí)施例相同，即相對(duì)的金屬分支等效為電容元件從而調(diào)整超材料的相對(duì)介電常數(shù) ε，環(huán)形金屬分支上感生的電流根據(jù)右手螺旋定則感生磁場(chǎng)，從而調(diào)整超材料的相對(duì)磁導(dǎo)率μ。具體到本實(shí)施例可表現(xiàn)如圖6所示，人造金屬微結(jié)構(gòu)300拆分為呈“工”字形的第一部分300’以及呈一邊缺口的四邊形狀的第二部分300”，第一部分300’的金屬分支分別聚集正負(fù)電荷形成等效容性元件，從而調(diào)整超材料的相對(duì)介電常數(shù)，第二部分300”的金屬分支形成環(huán)形電流并感生磁場(chǎng)從而調(diào)整超材料的相對(duì)磁導(dǎo)率。同時(shí)，由于本較佳實(shí)施例對(duì)人造金屬微結(jié)構(gòu)獨(dú)特的圖案設(shè)計(jì)使得基材上附著一面人造金屬微結(jié)構(gòu)即可滿足設(shè)計(jì)要求。
在根據(jù)所需檢測(cè)的電磁波頻段確定吸波超材料結(jié)構(gòu)后，需設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)裝置。如圖7所示，本發(fā)明基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)包括吸波超材料I以及溫度檢測(cè)裝置2。溫度檢測(cè)裝置2包括平面光波導(dǎo)溫度傳感器21和數(shù)據(jù)處理單元22。平面光波導(dǎo)溫度傳感器21用以檢測(cè)吸波超材料溫度變化，本發(fā)明中即用以檢測(cè)吸波超材料吸收太赫茲波后所產(chǎn)生的溫度變化。數(shù)據(jù)處理單元22根據(jù)該吸波超材料溫度變化得出該電磁波功率。其中，平面光波導(dǎo)溫度傳感器21檢測(cè)吸波超材料溫度變化后可輸出溫度變化值或者經(jīng)內(nèi)部處理后根據(jù)該溫度變化輸出其他參數(shù)值，數(shù)據(jù)處理單元22接收該些參數(shù)值后根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)值變化與電磁波功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系得出電磁波功率。
所述平面光波導(dǎo)溫度傳感器21可為由微環(huán)諧振腔制作的溫度傳感器。由于平面光波導(dǎo)溫度傳感器21檢測(cè)溫度的精度直接影響檢測(cè)電磁波功率的準(zhǔn)確度，而平面光波導(dǎo)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x作為平面光波導(dǎo)溫度傳感器中性能優(yōu)良的一種，具有靈敏度高、體積小、能耗少、不受電磁影響的優(yōu)點(diǎn)，被用作本發(fā)明的較佳實(shí)施例。如圖8所示，平面光波導(dǎo)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x包括激光器211、第一耦合器212、第二耦合器213、探測(cè)器214、第一平面光波導(dǎo)臂215、第二平面光波導(dǎo)臂216。當(dāng)需要檢測(cè)溫度時(shí)，從激光器211發(fā)出一束激光束，激光束經(jīng)過(guò)第一耦合器212后分別送入長(zhǎng)度相同的第一平面光波導(dǎo)臂215和第二平面光波導(dǎo)臂216，為了使溫度檢測(cè)更為精確，可在吸波超材料I與所述平面光波導(dǎo)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x之間設(shè)置一層導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱層，在本發(fā)明中其為將第一平面光波導(dǎo)臂215集成到吸波超材料I中。 所述第一平面光波導(dǎo)臂215和第二平面光波導(dǎo)臂216可為鈮酸鋰鍍鈦光波導(dǎo)、硅基沉積二氧化硅光波導(dǎo)、基于磷化銦(InP)的InGaAsP/InP光波導(dǎo)或聚合物 (Polymer)光波導(dǎo)等，在本實(shí)施例中，所述第一平面光波導(dǎo)臂215和第二平面光波導(dǎo)臂216 均為高分子材料光波導(dǎo)，所述高分子材料可為聚酯樹(shù)脂、聚碳酸酯樹(shù)脂或聚氨基甲酸酯樹(shù)脂，或其聚合物，因而熱反應(yīng)速率快，能精確、及時(shí)地感測(cè)吸波超材料將太赫茲波能量轉(zhuǎn)化為熱能所產(chǎn)生的溫度變化。
當(dāng)吸波超材料I吸收電磁波并散發(fā)熱能使得第一平面光波導(dǎo)臂215的溫度相對(duì)于 第二平面光波導(dǎo)臂216發(fā)生變化時(shí)，兩條平面光波導(dǎo)臂中的激光束的相位差即發(fā)生變化， 隨后，第二耦合器213接收相位已經(jīng)發(fā)生變化了的兩束激光束使得兩束激光束的相位變化 轉(zhuǎn)化為光功率變化，并輸出光功率變化信息。探測(cè)器215接收第二耦合器213發(fā)出的光功 率變化信息并輸出到數(shù)據(jù)處理單元22，由數(shù)據(jù)處理單元22計(jì)算出最終電磁波功率。在本 實(shí)施例中，該第一稱合器212和第二稱合器213均為娃基二氧化娃平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，因而可 實(shí)現(xiàn)具有傳統(tǒng)光纖耦合器無(wú)法相比的小尺寸及高集成度，尺寸可小達(dá)傳統(tǒng)光纖耦的十分之 一，此外，還具有均勻性好，PDL指標(biāo)低的優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述，本發(fā)明通過(guò)將吸波超材料I與溫度檢測(cè)裝置2結(jié)合起來(lái)，溫度檢測(cè)裝置 2能精確、及時(shí)地測(cè)量吸波超材料I將太赫茲波能量轉(zhuǎn)化為熱能所產(chǎn)生的溫度變化，從而精 確測(cè)量電磁波的功率，具有其檢測(cè)靈敏度高、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、利于制作集成及不受電磁 干擾的優(yōu)點(diǎn)。
上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出 很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于包括吸波超材料及溫度檢測(cè)裝置；該吸波超材料包括具有兩相對(duì)側(cè)表面的基材，該兩相對(duì)側(cè)表面至少一側(cè)表面上附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，太赫茲波通過(guò)該吸波超材料時(shí)被該吸波超材料吸收并使得該吸波超材料溫度發(fā)生變化；該溫度檢測(cè)裝置包括平面光波導(dǎo)溫度傳感器及數(shù)據(jù)處理單元，該平面光波導(dǎo)溫度傳感器用于檢測(cè)吸波超材料溫度，該數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)吸波超材料溫度的變化得出該太赫茲波功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于所述平面光波導(dǎo)溫度傳感器為平面光波導(dǎo)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于所述平面光波導(dǎo)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x包括 激光器，用以發(fā)出激光束； 第一稱合器，用以將該激光束分離為第一激光束和第二激光束； 第一平面光波導(dǎo)臂和第二平面光波導(dǎo)臂，為高分子材料光波導(dǎo)，用以分別接收并傳輸該第一激光束和該第二激光束；當(dāng)該第一平面光波導(dǎo)臂和/或該第二平面光波導(dǎo)臂溫度發(fā)生變化時(shí)，該第一激光束和/或該第二激光束相位相應(yīng)發(fā)生變化； 第二耦合器，用以接收相位發(fā)生變化的該第一激光束和該第二激光束、將該相位變化轉(zhuǎn)化為光功率變化并輸出該光功率變化信息； 探測(cè)器，用以接收從該第二耦合器輸出的該光功率變化信息并將該光功率變化信息輸出至該數(shù)據(jù)處理單元； 其中，該第一平面光波導(dǎo)臂和該第二平面光波導(dǎo)臂兩者之一集成于該吸波超材料中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于該第一稱合器或/和第二稱合器為娃基二氧化娃平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于該基材兩相對(duì)側(cè)表面的一側(cè)表面上附著有第一人造微結(jié)構(gòu)，另一側(cè)表面上附著有與該第一人造微結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)的第二人造微結(jié)構(gòu)；該第一人造微結(jié)構(gòu)包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支，分別連接在該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支；該第二人造微結(jié)構(gòu)由一邊具有缺口的四邊形狀的第三金屬分支構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于該人造微結(jié)構(gòu)包括第一金屬分支，該第一金屬分支構(gòu)成一邊具有缺口的四邊形狀；一端設(shè)于該缺口相對(duì)的四邊形邊上并向該缺口延伸且突出該缺口的第二金屬分支；垂直于該第二金屬分支另一端的第三金屬分支。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于該基材為片狀基材，該吸波超材料由附著有多個(gè)該人造微結(jié)構(gòu)的該片狀基材疊加而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于該基材由高分子聚合物、陶瓷、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于多個(gè)該人造微結(jié)構(gòu)為周期排列，并通過(guò)蝕亥IJ、電鍍、鉆亥IJ、光亥IJ、電子刻、離子刻附著于該基材兩相對(duì)側(cè)表面至少一側(cè)表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其特征在于所述平面光波導(dǎo)溫度傳感器可為由微環(huán)諧振腔制作的溫度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于平面光傳感與超材料的太赫茲熱輻射計(jì)，其包括吸波超材料及溫度檢測(cè)裝置；該吸波超材料包括具有兩相對(duì)側(cè)表面的基材，該兩相對(duì)側(cè)表面至少一側(cè)表面上附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，太赫茲波通過(guò)該吸波超材料時(shí)被該吸波超材料吸收太赫茲波并使得該吸波超材料溫度發(fā)生變化；該溫度檢測(cè)裝置包括平面光波導(dǎo)溫度傳感器及數(shù)據(jù)處理單元，該平面光波導(dǎo)溫度傳感器用于檢測(cè)吸波超材料溫度，該數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)吸波超材料溫度的變化得出該太赫茲波功率。本發(fā)明具有檢測(cè)靈敏度高、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、利于制作集成及不受電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/26GK103033271SQ201110178730
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司