全文摘要
本实用新型公开了一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统。包括红外气体激光器和主控器，所述主控器的一端电性连接有监测器，所述主控器的另一端通过旋转台转动连接有探测器。该实用新型采用编码超表面结构替换傅里叶相位光栅波束分离器，具有转换率高、易调控、加工的特点，可实现射电望远镜阵列接收机本振信号的分束功能。通过设计1×4和2×2两种基于金属结构的反射式编码超表面排列的分束器，实现了四个波束的分裂，波束分离器的相对工作带宽可达到52％，分裂的四个波束信号功率基本均等，相差不超过10％。该实用新型装置可实现太赫兹直至红外波段阵列接收机本振信号的分束功能，也为太赫兹频段功能器件相对匮乏的窘境提供新的思路和技术方法。
设计方案
1.一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，包括红外气体激光器(1)和主控器(6)，其特征在于：所述主控器(6)的一端电性连接有监测器(5)，所述主控器(6)的另一端通过旋转台(9)转动连接有探测器(8)，所述监测器(5)的下端设置有第二聚焦透镜(4)，所述第二聚焦透镜(4)的下端设置有波束分离器(2)，所述波束分离器(2)的一端设置有第一聚焦透镜(3)，所述第一聚焦透镜(3)的一端设置有编码超表面(7)，所述编码超表面(7)由聚酰亚胺膜(11)、金属圆环(10)和金属背板(12)组成。
2.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，其特征在于：所述编码超表面(7)分为两组编码排布设定，1×4波束编码超表面，2×2波束编码超表面，所述编码超表面(7)的表面尺寸为10λ×10λ，相邻两条边的编码位数均为10，因此编码超表面被划分成10×10个栅格，每个栅格的大小为λ×λ，由一个编码位占据，所述编码超表面(7)的编码位由两种单元交替组合，0单元由下到上，金属背板(12)和聚酰亚胺膜(11)；1单元由下到上，金属背板(12)、聚酰亚胺膜(11)和金属圆环(10)。
3.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，其特征在于：所述聚酰亚胺膜(11)为30-50μm厚的聚酰亚胺薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，其特征在于：所述金属圆环(10)为金材质，厚度为0.2-0.3μm，宽度w＝5-6μm，内半径r＝31-33μm。
5.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，其特征在于：所述金属背板(12)为0.2-0.5μm厚的金材质，所述金属背板(12)保证编码超表面(7)在透射率为0的同时具有高反射率。
6.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，其特征在于：所述红外气体激光器(1)采用氦氖激光器，所述红外气体激光器(1)产生的激光波长是632.8nm。
7.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，其特征在于：所述主控器(6)在获取监测器(5)信号后，需调节旋转台(9)来控制探测器(8)来获取编码超表面(7)从不同入射角度的波束频谱和相位信息。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及射电天文的技术领域，特别涉及一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统。
背景技术
太赫兹是波动频率单位之一，等于1,000,000,000,000Hz，通常用于表示电磁波频率；太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇；电磁超材料，是将具有特定几何形状的宏观基本单元周期或非周期性的排列，或者植入基体材料内(或表面)所构成的一种人工电磁材料；
目前较为通用的射电望远镜阵列接收机本振信号功率分配方法是采用傅里叶相位光栅技术，其相位光栅由基本单元组成周期性结构，由此每个单元调制入射电磁波的相位以产生具有不同入射角度的一系列衍射波束，衍射波束的强度和角度分布由基本单元的调制图案和尺寸决定；傅里叶相位光栅技术具有转换效率高和衍射波束方向可控等优点，但是光栅的二维微结构尺寸随着工作频率的升高而减小，导致加工难度越来越大，衍射波束的性能与加工精度密不可分。因此需要找到一种转换效率高、宽带、易调控、结构简单易加工的本振信号分配技术。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，包括红外气体激光器和主控器，所述主控器的一端电性连接有监测器，所述主控器的另一端通过旋转台转动连接有探测器，所述监测器的下端设置有第二聚焦透镜，所述第二聚焦透镜的下端设置有波束分离器，所述波束分离器的一端设置有第一聚焦透镜，所述第一聚焦透镜的一端设置有编码超表面，所述编码超表面由聚酰亚胺膜、金属圆环和金属背板组成。
进一步地，所述编码超表面分为两组编码排布设定，1×4波束编码超表面，2×2波束编码超表面，所述编码超表面的表面尺寸为10λ×10λ，相邻两条边的编码位数均为10，因此编码超表面被划分成10×10个栅格，每个栅格的大小为λ×λ，由一个编码位占据，所述编码超表面的编码位由两种单元交替组合，0单元由下到上，金属背板和聚酰亚胺膜；1单元由下到上，金属背板、聚酰亚胺膜和金属圆环。
进一步地，所述聚酰亚胺膜为30-50μm厚的聚酰亚胺薄膜。
进一步地，所述金属圆环为金材质，厚度为0.2-0.3μm，宽度w＝5-6μm，内半径r＝31-33μm。
进一步地，所述金属背板为0.2-0.5μm厚的金材质，所述金属背板保证编码超表面在透射率为0的同时具有高反射率。
进一步地，所述红外气体激光器采用氦氖激光器，所述红外气体激光器产生的激光波长是632.8nm。
进一步地，所述主控器在获取监测器信号后，需调节旋转台来控制探测器来获取编码超表面从不同入射角度的波束频谱和相位信息。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：该实用新型通过采用编码超表面结构替换传统的傅里叶相位光栅波束分离器，具有转换效率高、宽带、易调控、结构简单易加工的特点，可实现射电望远镜阵列接收机本振信号的分束功能。通过设计1×4和2×2两种基于金属结构的反射式编码超表面排列的分束器，实现了四个波束的分裂，波束分离器的相对工作带宽可达到52％，分裂的四个波束信号功率基本均等，相差不超过10％。该实用新型装置可实现电磁波束的分离，波束转换效率高，结构简单且易于加工，同时反射波束的方向可灵活调节，可实现太赫兹直至红外波段阵列接收机本振信号的分束功能，也为太赫兹频段功能器件相对匮乏的窘境提供新的思路和技术方法。
附图说明
图1为本实用新型整体结构示意图。
图2为本实用新型编码超表面第一状态结构示意图。
图3为本实用新型编码超表面第二状态结构示意图。
图4为本实用新型聚酰亚胺膜第一状态结构示意图。
图5为本实用新型聚酰亚胺膜第二状态结构示意图。
图中：1、红外气体激光器；2、波束分离器；3、第一聚焦透镜；4、第二聚焦透镜；5、监测器；6、主控器；7、编码超表面；8、探测器；9、旋转台；10、金属圆环；11、聚酰亚胺膜；12、金属背板；
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
如图1-5所示，一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，包括红外气体激光器1和主控器6，所述主控器6的一端电性连接有监测器5，所述主控器6的另一端通过旋转台9转动连接有探测器8，所述监测器5的下端设置有第二聚焦透镜4，所述第二聚焦透镜4的下端设置有波束分离器2，所述波束分离器2的一端设置有第一聚焦透镜3，所述第一聚焦透镜3的一端设置有编码超表面7，所述编码超表面7由聚酰亚胺膜11、金属圆环10和金属背板12组成。
其中，所述编码超表面7分为两组编码排布设定，1×4波束编码超表面7，如图2所示；2×2波束编码超表面7，如图3所示。所述编码超表面7的表面尺寸为10λ×10λ，相邻两条边的编码位数均为10，因此编码超表面被划分成10×10个栅格，每个栅格的大小为λ×λ，由一个编码位占据，所述编码超表面7的编码位由两种单元交替组合，0单元由下到上，金属背板12和聚酰亚胺膜11，如图4所示；1单元由下到上，金属背板12、聚酰亚胺膜11和金属圆环10，如图5所示。其单元周期a＝110μm，利用构造的超材料基本单元设定排布的编码超表面7，在空间YOZ平面内的波束呈现出与编码序列相对应的变化。能够实现分裂的四个波束波瓣光滑，维度可以切换，达到和相位光栅均等分束的功能。
其中，所述聚酰亚胺膜11为30-50μm厚的聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺膜11的最佳厚度为40μm。
其中，所述金属圆环10为金材质，厚度为0.2-0.3μm，宽度w＝5-6μm，内半径r＝31-33μm，金属圆环10最佳尺寸为厚度为0.2μm，宽度w＝5.5μm，内半径r＝31.5μm。
其中，所述金属背板12为0.2-0.5μm厚的金材质，所述金属背板12保证编码超表面7在透射率为0的同时具有高反射率，所述金属背板12最佳厚度为0.2μm。
其中，所述红外气体激光器1采用氦氖激光器，所述红外气体激光器1产生的激光波长是632.8nm，通过调节激光器配合调节波束分离器2，使之达到想要的输出信号频率。
其中，所述主控器6在获取监测器5信号后，需调节旋转台9来控制探测器8来获取编码超表面7从不同入射角度的波束频谱和相位信息，通过调节旋转台9位置来分别接收四个波束，从而能够测量不同入射角度的波束频谱和相位信息，进一步分析和优化编码超材料的波束调控特性。
需要说明的是，本实用新型为一种新型的太赫兹四波束分离器测试系统，
使用步骤：使用时，红外气体激光器1发出本振信号，通过波束分离器2，使之分散成两束信号，一束信号经过第二聚焦透镜4聚焦后，进入到监测器5进行数据收集，另一束信号经过第一聚焦透镜3聚焦后，以角度θ入射到编码超表面7上，此时编码超表面7采用1×4波束，反射信号分解为四个波束，此时主控器不断控制旋转台9驱动探测器8转动，通过调节旋转台9位置来使得探测器8分别接收四个波束，从而能够测量不同入射角度的波束频谱和相位信息，进一步对比监测器5的数据进行分析和优化编码超材料的波束调控特性。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201921069019.6
申请日:2019-07-10
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:84(南京)
授权编号:CN209894452U
授权时间:20200103
主分类号:G01M11/02
专利分类号:G01M11/02
范畴分类:申请人:南京林业大学
第一申请人:南京林业大学
申请人地址:210037 江苏省南京市玄武区龙蟠路159号南京林业大学
发明人:张岩;蒋玲;李春
第一发明人:张岩
当前权利人:南京林业大学
代理人:赵建新
代理机构:37254
代理机构编号:济宁汇景知识产权代理事务所(普通合伙) 37254
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计