基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器，它包括信号输入端、信号输出端、周期开槽结构石墨烯层、介质平板；介质平板上铺有周期开槽结构石墨烯层，周期开槽结构石墨烯层上刻蚀有2×4等间距排列的8个组合开槽结构单元，组合开槽结构单元包括左矩形开槽、矩形开槽、右矩形开槽、U形开槽、倒U形开槽；太赫兹波从信号输入端输入，依次经过周期开槽结构石墨烯层、介质平板，特定频率的太赫兹波能从信号输出端输出，实现滤波功能，当外加电场改变石墨烯的介电常数，石墨烯介电常数不同，对应输出的太赫兹频率不同，从而实现可调滤波功能。本发明专利技术具有结构简单、滤波性能高，尺寸小，成本低、易于集成等优点。

Graphene terahertz tunable filter based on periodic slot

The invention discloses a filter graphene based on tunable terahertz periodic slot, which comprises a signal input terminal, a signal output terminal, periodic slot structure of graphene layer, medium plate; medium plate with periodic slot structure of graphene layer, periodic slot structure of graphene with 2 x 4 intervals of 8 slot combination the structure of unit layer etching, unit combination slotted structure comprises a left rectangular slot, rectangular slot, right rectangle slot, U slot, inverted U shaped slot; THz wave signal from the input end input, followed by periodic slot structure of graphene layer, medium plate, terahertz wave of specific frequency can be output from the signal output terminal, realize the filtering function, when the applied electric field of dielectric constant change of graphene, graphene with different dielectric constants, the terahertz frequency corresponding to the output is different, so as to realize tunable filter Wave function. The invention has the advantages of simple structure, high filtering performance, small size, low cost, easy integration, etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太赫兹波滤波器，尤其涉及一种基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器。
技术介绍
近年来，在电磁波谱上介于发展已相当成熟的毫米波和红外光之间的太赫兹波无疑是一个崭新的研究领域。太赫兹波频率0.1～10THz，波长为30μm～3mm。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测方法，与传统的微波技术和光学技术相比较，人们对该波段电磁辐射性质的了解甚少，以至于该波段成为了电磁波谱中的太赫兹空隙。随着太赫兹辐射源和探测技术的突破，太赫兹独特的优越特性被发现并在材料科学、气体探测、生物和医学检测、通信等方面展示出巨大的应用前景。可以说太赫兹技术科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题，又是新一代信息产业以及基础科学发展的重大需求。高效的太赫兹辐射源和成熟的检测技术是推动太赫兹技术科学发展和应用的首要条件，但太赫兹技术的广泛应用离不开满足不同应用领域要求的实用化功能器件的支撑。在太赫兹通信、多谱成像、物理、化学等众多应用系统中，对太赫兹波导、开关、偏振分束器、滤波及功分等功能器件的需求是迫切的。太赫兹波滤波器是一类重要的太赫兹波功能器件，近年来太赫兹波滤波器已成为国内外研究的热点和难点。然而现有的太赫兹波滤波器大都存在着结构复杂、滤波性能低、成本高等诸多缺点，所以研究结构简单、成本低、尺寸小的太赫兹波滤波器意义重大。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术不足，提供一种结构简单、滤波性能高的基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器，包括信号输入端、信号输出端、周期开槽结构石墨烯层、介质平板；介质平板上铺有周期开槽结构石墨烯层，周期开槽结构石墨烯层上刻蚀有2×4等间距排列的8个组合开槽结构单元，组合开槽结构单元包括左矩形开槽、矩形开槽、右矩形开槽、U形开槽、倒U形开槽，其中左矩形开槽、右矩形开槽的中部分别与矩形开槽左、右端相连，U形开槽位于矩形开槽上方，倒U形开槽位于矩形开槽下方；太赫兹波从信号输入端输入，依次经过周期开槽结构石墨烯层、介质平板，特定频率的太赫兹波能从信号输出端输出，实现滤波功能。当外加电场改变石墨烯的介电常数，石墨烯介电常数不同，对应输出的太赫兹频率不同，从而实现可调滤波功能。上述技术方案可采用如下优选方式：所述的周期开槽结构石墨烯层的长度为38～40μm，宽度为28～30μm，厚度为0.33～0.34nm。所述的介质平板的材料为二氧化硅，折射率为1.5，长度为38～40μm，宽度为28～30μm，厚度为15～17μm。所述的组合开槽结构单元的总长度(指该单元的整体长度，下同)为9～10μm，总宽度(指该单元的整体宽度，下同)为5～6μm，相邻的组合开槽结构单元之间的间距为2～3μm。所述的左矩形开槽、右矩形开槽的尺寸参数相同，长度均为9～10μm，宽度均为0.8～1.0μm。所述的矩形开槽的长度为4～5μm，宽度为0.8～1.0μm。所述的U形开槽、倒U形开槽的尺寸参数相同，总长度(即长度方向的两侧外边缘的间距，下同)均为3～3.5μm，总宽度(即宽度方向的两侧外边缘的间距，下同)均为2.5～3μm，宽度(即开槽本身的宽度，下同)均为0.4～0.6μm。本专利技术的基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器具有结构简单紧凑，尺寸小，体积小，便于制作等优点，满足在太赫兹波成像、医学诊断、太赫兹波通信等领域应用的要求。附图说明图1是基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器的结构示意图；图2是基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器的石墨烯薄膜的结构示意图；图3是基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器的组合开槽结构单元的结构示意图；图4是基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器信号输出端曲线图。具体实施方式如图1～3所示，一种基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器，包括信号输入端1、信号输出端4、周期开槽结构石墨烯层2、介质平板3；介质平板3上铺有周期开槽结构石墨烯层2，周期开槽结构石墨烯层2上刻蚀有2×4等间距排列的8个组合开槽结构单元5，组合开槽结构单元5包括左矩形开槽6、矩形开槽7、右矩形开槽8、U形开槽9、倒U形开槽10，其中左矩形开槽6、右矩形开槽8的中部分别与矩形开槽7左、右端相连，U形开槽9位于矩形开槽7上方，倒U形开槽10位于矩形开槽7下方；太赫兹波从信号输入端1输入，依次经过周期开槽结构石墨烯层2、介质平板3，特定频率的太赫兹波能从信号输出端4输出，实现滤波功能，当外加电场改变石墨烯的介电常数，石墨烯介电常数不同，对应输出的太赫兹频率不同，从而实现可调滤波功能。所述的周期开槽结构石墨烯层2的长度为38～40μm，宽度为28～30μm，厚度为0.33～0.34nm。所述的介质平板3的材料为二氧化硅，折射率为1.5，长度为38～40μm，宽度为28～30μm，厚度为15～17μm。所述的组合开槽结构单元5的总长度为9～10μm，总宽度为5～6μm，相邻的组合开槽结构单元5之间的间距为2～3μm。所述的左矩形开槽6、右矩形开槽8的尺寸参数相同，长度均为9～10μm，宽度均为0.8～1.0μm。所述的矩形开槽7的长度为4～5μm，宽度为0.8～1.0μm。所述的U形开槽9、倒U形开槽10的尺寸参数相同，总长度均为3～3.5μm，总宽度均为2.5～3μm，宽度均为0.4～0.6μm。实施例1如图1～3所示，本实施例中，太赫兹波滤波器的结构亦如前所述(图1～3)，具体结构在此不再赘叙。太赫兹波滤波器的结构参数具体为：周期开槽结构石墨烯层的长度为39μm，宽度为29μm，厚度为0.33nm。介质平板的材料为二氧化硅，折射率为1.5，长度为39μm，宽度为29μm，厚度为16μm。组合开槽结构单元的总长度为10μm，总宽度为6μm，相邻的组合开槽结构单元之间的间距为3μm。左矩形开槽、右矩形开槽的尺寸参数相同，长度均为10μm，宽度均为1μm。所述的矩形开槽的长度为4μm，宽度为1μm。U形开槽、倒U形开槽的尺寸参数相同，总长度均为3μm，总宽度均为2.5μm，宽度均为0.5μm。图4为基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器信号输出端输出功率图，由图可知，石墨烯化学势μc＝0eV，输入太赫兹波为f1＝1.715THz时，信号输出端输出功率最大，输出功率为94.6％，石墨烯化学势μc＝0.1eV，输入太赫兹波为f2＝1.781THz时，信号输出端输出功率最大，输出功率为95.1％，石墨烯化学势μc＝0.2eV，输入太赫兹波为f3＝1.831THz时，信号输出端输出功率最大，输出功率为94.9％，石墨烯化学势μc＝0.3eV，输入太赫兹波为f4＝1.885THz时，信号输出端输出功率最大，输出功率为95.2％，可见该结构很好的实现可调滤波功能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器，其特征在于包括信号输入端(1)、信号输出端(4)、周期开槽结构石墨烯层(2)、介质平板(3)；介质平板(3)上铺有周期开槽结构石墨烯层(2)，周期开槽结构石墨烯层(2)上刻蚀有2×4等间距排列的8个组合开槽结构单元(5)，组合开槽结构单元(5)包括左矩形开槽(6)、矩形开槽(7)、右矩形开槽(8)、U形开槽(9)、倒U形开槽(10)，其中左矩形开槽(6)、右矩形开槽(8)的中部分别与矩形开槽(7)左、右端相连，U形开槽(9)位于矩形开槽(7)上方，倒U形开槽(10)位于矩形开槽(7)下方；太赫兹波从信号输入端(1)输入，依次经过周期开槽结构石墨烯层(2)、介质平板(3)，特定频率的太赫兹波能从信号输出端(4)输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器，其特征在于包括信号输入端(1)、信号输出端(4)、周期开槽结构石墨烯层(2)、介质平板(3)；介质平板(3)上铺有周期开槽结构石墨烯层(2)，周期开槽结构石墨烯层(2)上刻蚀有2×4等间距排列的8个组合开槽结构单元(5)，组合开槽结构单元(5)包括左矩形开槽(6)、矩形开槽(7)、右矩形开槽(8)、U形开槽(9)、倒U形开槽(10)，其中左矩形开槽(6)、右矩形开槽(8)的中部分别与矩形开槽(7)左、右端相连，U形开槽(9)位于矩形开槽(7)上方，倒U形开槽(10)位于矩形开槽(7)下方；太赫兹波从信号输入端(1)输入，依次经过周期开槽结构石墨烯层(2)、介质平板(3)，特定频率的太赫兹波能从信号输出端(4)输出。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯周期开槽太赫兹波可调滤波器，其特征在于所述的周期开槽结构石墨烯层(2)的长度为38～40μm，宽度为28～30μm，厚度为0.33～0.34nm。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯周...

【专利技术属性】
技术研发人员：章乐，李九生，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33