[发明专利]一种具有选模作用的高Q值太赫兹开放腔及其选模方法

权利要求书

1.一种具有选模作用的高Q值太赫兹开放腔，其特征在于，所述开放腔包括：截止波导、圆柱波导、过模波导、辐射缝和矩形光栅；其中，所述截止波导、圆柱波导和过模波导依次连接且共轴；所述圆柱波导的半径决定存在其内部的模式的频率，工作模式为对称模式，竞争模式为非对称模式；在圆柱波导壁上角相开设一条或多条圆环形的辐射缝；所述辐射缝相对非对称的竞争模式是强辐射，相对对称的工作模式是弱辐射；在圆柱波导的外壁上与每一条辐射缝的位置相对应，设置多个参数相同的矩形光栅，所述矩形光栅的端口与辐射缝对接，矩形光栅的端口高度与辐射缝的宽度相同，多个矩形光栅绕轴一周将辐射缝封闭，在角向成辐射状；通过设置矩形光栅的参数，使得对称的工作模式的频率落在矩形光栅的禁带内，而非对称的竞争模式的频率落在矩形光栅的通带内；所述矩形光栅的参数包括周期间隙宽度a、端口高度b、周期长度d、间隙深度h和光栅宽度w。

2.如权利要求1所述的开放腔，其特征在于，所述辐射缝的宽度、在圆柱波导壁上的位置、缝间距离和条数决定品质因子Q值。

3.如权利要求2所述的开放腔，其特征在于，所述辐射缝的宽度越宽辐射越强。

4.如权利要求2所述的开放腔，其特征在于，在所述圆柱波导上轴向电流大的地方开设辐射缝，并且开设多条缝。

5.如权利要求2所述的开放腔，其特征在于，相邻的辐射缝之间的距离相等，多条辐射缝成周期性排列。

6.如权利要求1所述的开放腔，其特征在于，通过设计矩形光栅的参数，使得对称的工作模式的频率落在矩形光栅的禁带内，Q值提高；而非对称的竞争模式的频率落在矩形光栅的通带内，Q值降低；矩形光栅的参数包括周期间隙宽度a、端口高度b、周期长度d、间隙深度h和光栅宽度w。

7.一种如权利要求1所述的具有选模作用的高Q值太赫兹开放腔的选模方法，其特征在于，所述选模方法包括以下步骤：

1)圆柱波导的半径决定工作频率范围，选择对称的工作模式，得到工作模式的频率；

2)确定竞争模式，竞争模式为非对称的模式；

3)根据竞争模式的辐射量与辐射缝的缝宽的关系，通过参数扫描分析绘制辐射量与缝宽的关系曲线，选择在曲线平稳之前的点作为缝宽；

4)根据竞争模式在圆柱波导壁上电流分布特点，确定辐射缝在圆柱波导壁上的位置、缝间距离和条数；

5)根据矩形光栅的本征方程以及参数之间的关系，并且结合数值仿真软件进行参数优化，设计矩形光栅的参数，使得对称的工作模式的频率落在矩形光栅的禁带内，不能从开放腔中泄漏出来，而非对称的竞争模式的频率落在矩形光栅的通带内，能量会顺利通过矩形光栅，矩形光栅的参数包括周期间隙宽度a、端口高度b、周期长度d、间隙深度h和光栅宽度w。

8.如权利要求7所述的选模方法，其特征在于，在步骤5)中，所述矩形光栅的参数包括周期间隙宽度a、端口高度b、周期长度d、间隙深度h和光栅宽度w，端口高度b与辐射缝的宽度一致。

9.如权利要求8所述的选模方法，其特征在于，在步骤5)中，所述矩形光栅的本征方程：

$\frac{d}{a}\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\frac{{\mathrm{\τ}}_n(h+b){\mathrm{tanh\τ}}_n(h+b)}{{\left(\sin c\frac{{\mathrm{\β}}_{n}a}{2}\right)}^2}=\frac{a}{h}kh\tan kh$

${\left(\frac{2\mathrm{\π}f}{c}\right)}^2={\mathrm{\τ}}_n^2+{\left(\frac{n\mathrm{\π}}{w}\right)}^2+{\mathrm{\β}}_n^2$

其中，β_n是第n个空间波轴向波数，τ_n是第n个空间波的横向中盖板到槽方向的波数，k是修正后的空间波数，n＝±1、±2、±3、…，f为工作频率，c为真空光速，β₀是空间基波轴向波数。