CN109116460B - 毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备方法，制备方法在线栅制备装置中进行，第一叶片和第二叶片上的上表面沿各自的长度方向设置有多个沿宽度方向贯穿且规格相同的凹槽，第一叶片和第二叶片上的凹槽一一对应；制备方法包括：1)将多根金属丝分别顺次穿过第一叶片和第二叶片上相对应的两个凹槽并拉直；2)转动第一叶片和第二叶片；3)测量相邻两个凹槽的距离和第一叶片与第二叶片的夹角；4)计算出相邻两根金属丝之间的垂直距离为z·sin[(180°‑δ)/2]；5)装配至线栅偏振片金属框架上。该制备方法在保障线栅结构参数的情况下，能有效降低制造线栅的工艺难度，降低线栅的损耗。

Description

毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备方法

技术领域

本发明涉及毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备方法。

背景技术

目前最常用的太赫兹偏振片是由等间距排列的金属线制成的线栅。极化线栅是毫米波太赫兹波准光学链路中的核心器件之一，它主要用于电磁波的极化和分离作用，可广泛应用于毫米波和太赫兹波偏振测量***、太赫兹成像***、全极化辐射计定标源和激光器等。

当电场经过线栅，投影到金属线方向的电场会被吸收或者反射。由于线栅的直径远小于波长，垂直于线栅方向的电场将会透射。因此，理想情况下经线栅透射的电场是与线栅方向垂直的线偏振电场。线栅的消光比主要取决于金属线的宽度(或直径)、金属材料的复折射率以及金属线的周期。随着***采用电磁波频率的提高，所需线栅直径和线栅周期逐渐减小，达到微米量级，这给利用传统技术制备线栅带来了很大的困难，制作过程中要保证每条金属线之间的间距相同比较困难，所以成本较高，且重复性相对较差。为了解决这个问题，人们发明了利用光刻和金属膜制备工艺相结合，在一定厚度的高阻硅片衬底上沉积一定厚度的金属薄膜，制备出具有基底材料的偏振片。该方法保证了样品之间的重复性，但基底的存在会损耗一部分透射的电场能量，降低转换效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备方法，该制备方法在保障线栅结构参数的情况下，能有效降低制造线栅的工艺难度，降低线栅的损耗。

为了实现上述目的，本发明提供了一种毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备方法，制备方法在线栅制备装置中进行，线栅制备装置包括端部相互铰接的第一叶片和第二叶片，第一叶片和第二叶片上的上表面沿各自的长度方向设置有多个沿宽度方向贯穿且规格相同的凹槽，第一叶片和第二叶片上的凹槽一一对应；其中，制备方法包括：1)将多根金属丝分别顺次穿过第一叶片和第二叶片上相对应的两个凹槽，每根金属丝的两端均连接有牵引机构以拉直对应的金属丝；2)转动第一叶片和第二叶片以改变第一叶片和第二叶片之间的夹角从而改变相邻两根金属丝之间的垂直距离；3)测量第一叶片或第二叶片上相邻两个凹槽的中心线间的距离以及第一叶片与第二叶片之间形成的夹角；4)计算出相邻两根金属丝之间的垂直距离为z·sin[(180°-δ)/2]以确定相邻两根金属丝之间的垂直距离是否满足设计要求；其中，z为相邻两个凹槽的中心线间的距离，δ为第一叶片与第二叶片之间形成的夹角；5)当步骤4)中相邻两根金属丝之间的垂直距离满足设计需求后，将线栅固定框架放到多根金属丝的下方并通过固定胶与金属丝粘接固定，待金属丝位于线栅固定框架固定后装配至线栅偏振片金属框架上。

优选地，在步骤1)中牵引机构牵引金属丝以使得金属丝始终接触于凹槽靠近第一叶片和第二叶片铰接端的侧壁。

优选地，中转轴依次贯穿于第一叶片和第二叶片，并且第一叶片和第二叶片以中转轴的轴线为轴转动。

优选地，第一叶片和第二叶片的端部各自铰接连接有牵引设备，在步骤2)中，通过两个牵引设备的牵引以改变第一叶片和第二叶片之间的夹角。

优选地，第一叶片和第二叶片上的凹槽的槽底均位于同一平面上。

优选地，第一叶片和第二叶片上的凹槽的深度均大于金属丝的直径。

优选地，凹槽的形状为矩形、圆柱形或三角形。

优选地，金属丝为钨丝。

优选地，牵引机构为吊锤或拉力机。

优选地，第一叶片和第二叶片上的凹槽等间隔设置。

根据上述技术方案，本发明中制备方法在线栅制备装置中进行，线栅制备装置包括端部相互铰接的第一叶片和第二叶片，第一叶片和第二叶片上的上表面沿各自的长度方向设置有多个沿宽度方向贯穿且规格相同的凹槽，第一叶片和第二叶片上的凹槽一一对应；其中，制备方法包括：1)将多根金属丝分别顺次穿过第一叶片和第二叶片上相对应的两个凹槽，每根金属丝的两端均连接有牵引机构以拉直对应的金属丝；2)转动第一叶片和第二叶片以改变第一叶片和第二叶片之间的夹角从而改变相邻两根金属丝之间的垂直距离；3)测量第一叶片或第二叶片上相邻两个凹槽的中心线间的距离以及第一叶片与第二叶片之间形成的夹角；4)计算出相邻两根金属丝之间的垂直距离为z·sin[(180°-δ)/2]以确定相邻两根金属丝之间的垂直距离是否满足设计要求；其中，z为相邻两个凹槽的中心线间的距离，δ为第一叶片与第二叶片之间形成的夹角；5)当步骤4)中相邻两根金属丝之间的垂直距离满足设计需求后，将线栅固定框架放到多根金属丝的下方并通过固定胶与金属丝粘接固定，待金属丝位于线栅固定框架固定后装配至线栅偏振片金属框架上。这里的凹槽的槽宽均相同，第一叶片和第二叶片之间错位铰接使得彼此之间能够位于同一水平面上，因此通过测量相邻两个凹槽的中心线之间的距离即为相邻两个金属丝位于第一叶片和第二叶片的接触点之间的距离，由于使用传统的方式制作线栅所需要开设的凹槽间隔小，加工难度大，并且凹槽的槽宽也不宜过大，这样就造成了对开槽的精度有非常高的要求，而现在只需要通过调整两个叶片之间的夹角即可调整出相邻两个金属丝之间的不同间隔，凹槽间距以及槽宽也不需要传统方式的精度去制作，同样可以达到甚至更优于传统方式的线栅的制作。因此，该制备方法在保障线栅结构参数的情况下，能有效降低制造线栅的工艺难度，降低线栅的损耗。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明中金属丝在线栅制备装置中的一种制备状态图；

图2是本发明中金属丝在线栅制备装置中的另一种制备状态图；

图3是本发明中线栅制备装置的一种优选实施方式的整体结构示意图；

图4是本发明中毫米波太赫兹波线栅偏振片装配完成的结构示意图；

图5是本发明中线栅制备的原理图。

附图标记说明

1第一叶片 2第二叶片

3中转轴 4金属丝

5线栅偏振片金属框架

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上下左右、前后内外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

参见图1-5所示的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备方法，制备方法在线栅制备装置中进行，线栅制备装置包括端部相互铰接的第一叶片1和第二叶片2，第一叶片1和第二叶片2上的上表面沿各自的长度方向设置有多个沿宽度方向贯穿且规格相同的凹槽，第一叶片1和第二叶片2上的凹槽一一对应；其中，制备方法包括：1将多根金属丝4分别顺次穿过第一叶片1和第二叶片2上相对应的两个凹槽，每根金属丝4的两端均连接有牵引机构以拉直对应的金属丝4；2转动第一叶片1和第二叶片2以改变第一叶片1和第二叶片2之间的夹角从而改变相邻两根金属丝4之间的垂直距离；3测量第一叶片1或第二叶片2上相邻两个凹槽的中心线间的距离以及第一叶片1与第二叶片2之间形成的夹角；4计算出相邻两根金属丝4之间的垂直距离为z·sin[(180°-δ)/2]以确定相邻两根金属丝4之间的垂直距离是否满足设计要求；其中，z为相邻两个凹槽的中心线间的距离，δ为第一叶片1与第二叶片2之间形成的夹角；5当步骤4中相邻两根金属丝4之间的垂直距离满足设计需求后，将线栅固定框架放到多根金属丝4的下方并通过固定胶与金属丝4粘接固定，待金属丝4位于线栅固定框架固定后装配至线栅偏振片金属框架5上。

通过上述技术方案的实施，这里的凹槽的槽宽均相同，第一叶片1和第二叶片2之间错位铰接使得彼此之间能够位于同一水平面上，因此通过测量相邻两个凹槽的中心线之间的距离即为相邻两个金属丝4位于第一叶片1和第二叶片2的接触点之间的距离，由于使用传统的方式制作线栅所需要开设的凹槽间隔小，加工难度大，并且凹槽的槽宽也不宜过大，这样就造成了对开槽的精度有非常高的要求，而现在只需要通过调整两个叶片之间的夹角即可调整出相邻两个金属丝4之间的不同间隔，凹槽间距以及槽宽也不需要传统方式的精度去制作，同样可以达到甚至更优于传统方式的线栅的制作。因此，该制备方法在保障线栅结构参数的情况下，能有效降低制造线栅的工艺难度，降低线栅的损耗。在整个制备过程中，由于第一叶片1和第二叶片2上的凹槽一一对应，也就是当第一叶片1和第二叶片2并列时，第一叶片1和第二叶片2的上下边能够完全重合，这样使得每一根金属丝4和第一叶片1以及第二叶片2均围合形成一个等腰三角形，此时，金属丝4与第一叶片1或第二叶片2之间的夹角θ与两个叶片之间的夹角δ的关系则为：θ＝180°-δ/2，并且每两个相邻的金属丝4彼此相互平行，此时只需要通过改变两个叶片之间的夹角θ即可改变相邻的金属丝4之间的距离。参见图5可知工作原理如下：两个共点o的线段L和L'，在其上分别取等距离的线段oa＝ab＝bc；oa'＝a'b'＝b'c'。那么根据数学定量可知，线段aa'∥bb'∥cc'，且aa'与bb'的距离等于bb'和cc'的距离，记∠obb'＝θ，线段ab的长度等于z，那么上述平行线距离d为：d＝z·sinθ。将线段L'绕着O点旋转，使其与线L的夹角越来越大，譬如旋转到线L”的位置，a'、b'和c'点的旋转后分别对应a”、b”和c”的位置。此时，aa”∥bb”∥cc”，aa”与bb”的距离等于bb”与cc”的距离，此时平行线aa”与bb”的距离d'＝z·sin(θ')。由于θ'＜θ，所以d'＜d，因此，通过改变线L和L'的夹角，可使线段L和L'上对应点连接的平行线的间距均匀变化。理论上，通过该方法可以使平行线间距在(0，z]之间调整。

在该实施方式中，为进一步保障相邻两根金属丝4的平行，优选地，在步骤1中牵引机构牵引金属丝4以使得金属丝4始终接触于凹槽靠近第一叶片1和第二叶片2铰接端的侧壁。

在该实施方式中，为了进一步提高第一叶片1和第二叶片2的角度开合的便携性，优选地，中转轴3依次贯穿于第一叶片1和第二叶片2，并且第一叶片1和第二叶片2以中转轴3的轴线为轴转动。其中，由于考虑到第一叶片1和第二叶片2能够位于同一平面上，第一叶片1和第二叶片2的连接方式为图3所示的错位连接，两个叶片上均设置有相应的缺口以便于错位连接。

在该实施方式中，由于凹槽的位置以及距离是确定的，因此调整相邻两个金属丝4之间的距离则实际通过调整第一叶片1和第二叶片2之间的夹角即可，为了确保夹角调整的准确度，优选地，第一叶片1和第二叶片2的端部各自铰接连接有牵引设备，在步骤2中，通过两个牵引设备的牵引以改变第一叶片1和第二叶片2之间的夹角。其中的牵引设备可以为气缸或直线步进电机等。

在该实施方式中，为了保证所有的金属丝4能够位于同一平面上，优选地，第一叶片1和第二叶片2上的凹槽的槽底均位于同一平面上。牵引机构在牵引金属丝4的时候牵引力稍向后朝向槽底的方向倾斜一定角度，保证所有的金属丝4均能够贴紧凹槽的下壁以及槽底，保证了所有的金属丝4能够位于同一平面上。

在该实施方式中，为了防止金属丝4从凹槽内滑脱，优选地，第一叶片1和第二叶片2上的凹槽的深度均大于金属丝4的直径。

在该实施方式中，根据绕制线栅所用丝材的横截面形状不同，考虑绕丝方便优选地，凹槽的形状为矩形、圆柱形或三角形。

在该实施方式中，金属丝4的材料可以为任意的，为了进一步提高线栅的性能，优选地，金属丝4为钨丝或钼丝。

在该实施方式中，为了进一步提供对金属丝4的牵引，优选地，牵引机构为吊锤或拉力机。要求该拉力满足线栅所需拉力的要求，既能使每根钨丝绷紧，又不至于使钨丝崩断。在两个叶片之间夹角逐渐增加过程中，拉力可以适当降低，这样有利用金属线在凹槽中滑动。

在该实施方式中，同一个叶片上凹槽之间的间隔距离可以为不等的，为了能够获得等间距排列的线栅，优选地，第一叶片1和第二叶片2上的凹槽等间隔设置。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备方法，其特征在于，制备方法在线栅制备装置中进行，线栅制备装置包括端部相互铰接的第一叶片(1)和第二叶片(2)，第一叶片(1)和第二叶片(2)上的上表面沿各自的长度方向设置有多个沿宽度方向贯穿且规格相同的凹槽，第一叶片(1)和第二叶片(2)上的凹槽一一对应；其中，制备方法包括：

1)将多根金属丝(4)分别顺次穿过第一叶片(1)和第二叶片(2)上相对应的两个凹槽，每根金属丝(4)的两端均连接有牵引机构以拉直对应的金属丝(4)；

2)转动第一叶片(1)和第二叶片(2)以改变第一叶片(1)和第二叶片(2)之间的夹角从而改变相邻两根金属丝(4)之间的垂直距离；

3)测量第一叶片(1)或第二叶片(2)上相邻两个凹槽的中心线间的距离以及第一叶片(1)与第二叶片(2)之间形成的夹角；

4)计算出相邻两根金属丝(4)之间的垂直距离为z·sin[(180°-δ)/2]以确定相邻两根金属丝(4)之间的垂直距离是否满足设计要求；其中，z为相邻两个凹槽的中心线间的距离，δ为第一叶片(1)与第二叶片(2)之间形成的夹角；

5)当步骤4)中相邻两根金属丝(4)之间的垂直距离满足设计需求后，将线栅固定框架放到多根金属丝(4)的下方并通过固定胶与金属丝(4)粘接固定，待金属丝(4)位于线栅固定框架固定后装配至线栅偏振片金属框架(5)上。

2.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备 方法，其特征在于，在步骤1)中牵引机构牵引金属丝(4)以使得金属丝(4)始终接触于凹槽靠近第一叶片(1)和第二叶片(2)铰接端的侧壁。

3.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备 方法，其特征在于，中转轴(3)依次贯穿于第一叶片(1)和第二叶片(2)，并且第一叶片(1)和第二叶片(2)以中转轴(3)的轴线为轴转动。

4.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备 方法，其特征在于，第一叶片(1)和第二叶片(2)的端部各自铰接连接有牵引设备，在步骤2)中，通过两个牵引设备的牵引以改变第一叶片(1)和第二叶片(2)之间的夹角。

5.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备 方法，其特征在于，第一叶片(1)和第二叶片(2)上的凹槽的槽底均位于同一平面上。

6.根据权利要求5所述的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备 方法，其特征在于，第一叶片(1)和第二叶片(2)上的凹槽的深度均大于金属丝(4)的直径。

7.根据权利要求6所述的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备 方法，其特征在于，凹槽的形状为矩形、圆柱形或三角形。

8.根据权利要求1-7中的任意一项所述的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备 方法，其特征在于，金属丝(4)为钨丝。

9.根据权利要求1-7中的任意一项所述的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备 方法，其特征在于，牵引机构为吊锤或拉力机。

10.根据权利要求1-7中的任意一项所述的毫米波太赫兹波线栅偏振片的制备 方法，其特征在于，第一叶片(1)和第二叶片(2)上的凹槽等间隔设置。

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