一种双带动态可调的太赫兹带通滤波器制造技术

本发明专利技术为一种双带动态可调的太赫兹带通滤波器，有多个相连的阵列单元的二维阵列位于硅基底的通孔上，每个阵列单元包括两个开口环谐振器和一个一字形结构，均为顶面金属层的硅主体，高度相同。开口环谐振器为矩形环，其一边有开口，两个环谐振器的开口宽度不同，一字形结构位于两个开口环谐振器有开口的边之间，并与之平行。可动框架套在二维阵列外围，一字形结构与可动框架相连。两组静电梳齿驱动器的活动梳齿与可动框架相连接，带动可动框架与一字形结构移动。一字形结构和两个开口环谐振器之间的间距改变，即动态调节本带通滤波器两个通带中心频率对应的透射功率，实现双单带的转变，提高频率选择能力和扩大应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太赫兹
，特别涉及一种双带动态可调的太赫兹带通滤波器。
技术介绍
太赫兹波(Terahertz，简称THz)通常定义为处于0.1THz到10THz频率范围内的电磁波,在电磁波谱中位于微波与红外之间，具有不同于其他电磁辐射的特殊性能。太赫兹波具有非电离、安全性高和穿透性好的特性，不会破坏被探测物质的内部结构及本征属性，广泛用于机场、海关、车站和码头等地方的安全监测。太赫兹波还具有很好的指纹谱特性，许多非极性物质在太赫兹频段具有特征吸收峰，是进行物质鉴别的重要工具。在通信频率日渐捉襟见肘的今天，太赫兹波段的利用显得尤其重要。太赫兹滤波器用于选择适用的太赫兹波，并祛除不需要的杂质信号，太赫兹滤波器是太赫兹技术广泛应用中不可缺少的关键元件之一。目前，已有文献报道的太赫兹带通滤波器大多是采用金属网栅结构，这类滤波器制作完成后，只能通过特定频率或频带的太赫兹波，通带中心频率位置和透射功率都不可调节，因而大大限制了器件的应用范围。然而，在许多实际应用领域，要求太赫兹带通滤波器的中心频率位置和透射功率能够进行动态调控。超材料是指通过微纳加工方法制作而成、具有特殊电磁特性的复合材料或结构，一般由覆于电介质表面的亚波长尺寸的金属膜结构周期性排列组合而成，由其实现太赫兹带通滤波器。但目前出现了的有关报道中，基于超材料的太赫兹带通滤波器有些中心频率不可调，有些调节范围较窄或调节难，仍需改进才能实用。例如上海师范大学的专利技术专利申请CN104201443A“一种双频太赫兹带通滤波器”公开了一种基于半绝缘砷化镓表面采用镂空的互补型开口谐振环单元的双频率太赫兹带通滤波器的设计与制作，通过调整C-SRR内径、外径、开口宽度、周期结构，获得低频和高频共振。利用两种共振的电磁相互作用实现两个共振频率之间能量转换，在两个波段上达到相同透射强度的太赫兹输出。但此结构的滤波器制备完成后中心频率位置和透射功率无法动态调控。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种双带动态可调的太赫兹带通滤波器。该双带动态可调太赫兹带通滤波器边缘为双向静电梳齿驱动器，中央为阵列单元。每一个阵列单元包含两个开口相对的开口环谐振器和位于中央的一字形结构。一字形结构与可动框架连接，当一字形结构位于单元中央时，滤波器对电场矢量E沿着与一字形结构平行方向入射的太赫兹波产生两个透射功率近似相等的通带。通过双向静电梳齿驱动器驱动可动框架和一字形结构运动，改变一字形结构和开口环谐振器之间的间距，从而实现对其中太赫兹带通滤波器两个通带中心频率处透射功率的动态调节，使其实现由双带向单带的变换。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：设计一种双带动态可调的太赫兹带通滤波器，滤波器中央的二维阵列位于硅基底的通孔上，所述二维阵列由多个相连的阵列单元构成。每一个阵列单元包括两个开口环谐振器和一个一字形结构，开口环谐振器和一字形结构均为硅主体，其顶面为金属层，高度相同。开口环谐振器为矩形环，其中一边有开口，开口的中心线与该边的中心线重合，两个开口环谐振器的开口宽度不同，一字形结构位于两个开口环谐振器的之间与两个开口环谐振器的有开口的边平行，两个开口环谐振器的开口各朝向一字形结构的一侧。二维阵列中同一行内相邻的开口环谐振器相互连接并固定于二维阵列外侧硅基底的锚点上，同一行的一字形结构相互连接。本专利技术的太赫兹带通滤波器还有一个可动框架和多个静电梳齿驱动器。可动框架为矩形框架，套在二维阵列外围，二维阵列结构中的一字形结构与可动框架相连。多个静电梳齿驱动器对称地固定安装于可动框架左右外侧的硅基底上。静电梳齿驱动器的固定梳齿和活动梳齿交错排列、各连接不同的电极，静电梳齿驱动器的活动梳齿与可动框架外侧相连接。多个静电梳齿驱动器分为驱动力相等的两组，两组的静电梳齿驱动器的活动梳齿移动方向相反。静电梳齿驱动器的活动梳齿在直流电压驱动下移动时带动可动框架移动。可动框架带动一字形结构运动，改变一字形结构和两个开口环谐振器之间的间距，从而调节本带通滤波器两个通带中心频率处的透射幅值。当一字形结构向窄口开口环谐振器运动时，高频带的幅值将逐渐增加，低频带的幅值将逐渐减小近于零，本滤波器的高频带归一化透射功率达到最大。相反，当一字形结构向宽口开口环谐振器运动时，低频带的幅值将逐渐增加，高频带的幅值将逐渐减小近于零，最终本滤波器的低频带归一化透射功率达至最大。即通过一字形结构的移动来动态调节本滤波器两个频带的透射功率。所述开口环谐振器和一字形结构顶面的金属层为金层、银层、铜层和铝层中的任一种，厚度为0.05～1.0微米。所述的开口环谐振器和一字形结构的硅主体厚度为10～100微米。所述二维阵列每个阵列单元的长或宽为60～300微米。所述每个阵列单元中的开口环谐振器的线宽度相同为3～15微米，窄口开口环谐振器的开口宽度为2～10微米，宽口开口环谐振器的开口宽度为10～55微米，一字形结构的线宽度为6～20微米。所述每个阵列单元中的开口环谐振器的有开口的边及其对边的长度为100～150微米、线宽度为6～15微米，另两边，即开口环谐振器的两腰长度为35～55微米、线宽度为3～20微米。所述开口环谐振器有开口的边与相邻的一字形结构的边之间的距离为2～10微米。所述可动框架和静电梳齿驱动器主体也为硅，其厚度等于开口环谐振器或一字形结构硅主体的厚度。所述静电梳齿驱动器的固定梳齿的主体硅与硅基体之间有绝缘层。可动框架的前后外侧连接复位弹簧的一端，复位弹簧另一端固定于硅基底。与现有技术相比，本专利技术一种双带动态可调太赫兹带通滤波器的优点为：1、阵列单元中一字形结构的运动，改变一字形结构和两个开口环谐振器之间的间距，即可动态调节太赫兹带通滤波器两个通带中心频率对应的透射功率，以实现双带向单带的转变，提高了太赫兹带通滤波器的频率选择能力，扩大了应用范围；2、若将本滤波器通过双带视为编码“11”，则调节为单带后编码即为“10”或“01”，本带通滤波器即可用于对通过的太赫兹光谱进行二进制编码。附图说明图1为本双带动态可调的太赫兹带通滤波器实施例俯视示意图；图2为本双带动态可调的太赫兹带通滤波器实施例一个阵列单元立体结构示意图；图3为本双带动态可调的太赫兹带通滤波器实施例一个阵列单元俯视示意图；图4为图1中A-A剖面示意图；图5为图3的P向视图；图6为本双带动态可调的太赫兹带通滤波器实施例2X2阵列俯视示意图；图7为本双带动态可调的太赫兹带通滤波器实施例中一字形结构向窄口开口环谐振器移动，间距g1分别为4微米，2微米，1微米，0微米时对应的归一化透射功率曲线图；图8本双带动态可调的太赫兹带通滤波器实施例中一字形结构向宽口开口环谐振器移动，间距分别为4微米，2微米，1微米，0微米时对应的归一化透射功率曲线图。图中标号：1、阵列单元，11、宽口开口环谐振器，12、一字形结构，13、窄口开口环谐振器，14、金属层，15、硅主体，2、可动框架，3、A电极，4、静电梳齿驱动器，41、绝缘层，5、锚点，6、B电极，7、C电极，8、复位弹簧，9、D电极，10、硅基底。a、开口环谐振器的矩形长度，b、开口环谐振器的矩形宽度，c、一字形结构的线宽，d、开口环谐振器的长边(开口边和对边)的线宽，e、窄口开口环谐振器的短边线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双带动态可调的太赫兹带通滤波器，滤波器中央的二维阵列位于硅基底的通孔上，所述二维阵列由多个相连的阵列单元构成，其特征在于：所述二维阵列的每一个阵列单元(1)包括两个开口环谐振器(11、13)和一个一字形结构(12)，开口环谐振器(11、13)和一字形结构(12)均为硅主体(15)，其顶面为金属层(14)，高度相同；开口环谐振器(11、13)为矩形环，其中一边有开口，开口的中心线与该边的中心线重合，两个开口环谐振器(11、13)的开口宽度不同，一字形结构(12)位于两个开口环谐振器(11、13)的之间、与两个开口环谐振器(11、13)的有开口的边平行，两个开口环谐振器(11、13)的开口的边各朝向一字形结构(12)的一侧；二维阵列中同一行内相邻的开口环谐振器相互连接并固定于二维阵列外侧硅基底(10)的锚点上，同一行的一字形结构(12)相互连接；还有一个可动框架(2)和多个静电梳齿驱动器(4)；可动框架(2)为矩形框架，套在二维阵列外围，二维阵列结构中的一字形结构(12)与可动框架(2)相连；多个静电梳齿驱动器(4)对称地固定安装于可动框架(2)左右外侧的硅基底(10)上；静电梳齿驱动器(4)的固定梳齿和活动梳齿交错排列、各连接不同的电极，静电梳齿驱动器的活动梳齿与可动框架(2)外侧相连接；多个静电梳齿驱动器(4)分为驱动力相等的两组，两组的静电梳齿驱动器(4)的活动梳齿移动方向相反。...

【技术特征摘要】
1.一种双带动态可调的太赫兹带通滤波器，滤波器中央的二维阵列位于硅基底的通孔上，所述二维阵列由多个相连的阵列单元构成，其特征在于：所述二维阵列的每一个阵列单元(1)包括两个开口环谐振器(11、13)和一个一字形结构(12)，开口环谐振器(11、13)和一字形结构(12)均为硅主体(15)，其顶面为金属层(14)，高度相同；开口环谐振器(11、13)为矩形环，其中一边有开口，开口的中心线与该边的中心线重合，两个开口环谐振器(11、13)的开口宽度不同，一字形结构(12)位于两个开口环谐振器(11、13)的之间、与两个开口环谐振器(11、13)的有开口的边平行，两个开口环谐振器(11、13)的开口的边各朝向一字形结构(12)的一侧；二维阵列中同一行内相邻的开口环谐振器相互连接并固定于二维阵列外侧硅基底(10)的锚点上，同一行的一字形结构(12)相互连接；还有一个可动框架(2)和多个静电梳齿驱动器(4)；可动框架(2)为矩形框架，套在二维阵列外围，二维阵列结构中的一字形结构(12)与可动框架(2)相连；多个静电梳齿驱动器(4)对称地固定安装于可动框架(2)左右外侧的硅基底(10)上；静电梳齿驱动器(4)的固定梳齿和活动梳齿交错排列、各连接不同的电极，静电梳齿驱动器的活动梳齿与可动框架(2)外侧相连接；多个静电梳齿驱动器(4)分为驱动力相等的两组，两组的静电梳齿驱动器(4)的活动梳齿移动方向相反。2.根据权利要求1所述的双带动态可调的太赫兹带通滤波器，其特征在于：所述开口环谐振器(11、13)和一字形结构(12)顶面的金属层(14)为金层、银层、铜层和铝层中的任一种，厚度为0.05～1.0微米。3.根据权利要求1所述的双带动态可调的太赫...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡放荣，王志远，胥欣，李鹏，姜文英，陈元枝，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45