太赫兹波滤波器制造技术

本发明专利技术提供一种太赫兹波滤波器，能够吸收太赫兹入射波中特定频段的波实现滤波，其特征在于，包括：亚波长金属光栅层，亚波长金属光栅层的光栅周期小于入射波波长；承载在亚波长金属光栅层下方的基底层；以及与基底层连接并控制基底层温度的温度控制装置，其中，亚波长金属光栅层包括：金属栅条和介质栅条。特定频率的太赫兹入射波在亚波长金属光栅层上发生局域表面等离子体共振，共振频率附近频段的太赫兹入射波被吸收。当温度控制装置改变基底层温度，共振频率发生变化，吸收波的频段随之变化，本发明专利技术的太赫兹波滤波器实现了可调谐滤波。

【技术实现步骤摘要】
太赫兹波滤波器
本专利技术涉及一种太赫兹波滤波器，属于太赫兹波
。
技术介绍
太赫兹波具有相干性、瞬态性、宽频带、光子能量低和对人体无害等独特特性。太 赫兹波滤波器是一种重要的太赫兹器件，它在成像、通信、雷达系统等中有着重要的应用。 传统光学波段中滤波器的设计方法在太赫兹波频段难以实现，利用局域表面等离 子体共振技术可以很好地设计太赫兹波段功能器件。专利技术专利一种基于MEMS工艺THz波 段EMXT腔体滤波器（专利号：CN103107394A)公开了一种太赫兹波滤波器的结构。该滤波 器一旦做成，滤掉的太赫兹波频段范围不变，不能实现一定频段的调控工作。专利技术专利一 种具有温度调控的超薄的多通道太赫兹滤波器（专利号：CN101504997A)也公开了一种太 赫兹波滤波器，该滤波器只能通过调节温度实现太赫兹波透射强度的改变，也不能实现透 射频率的调谐。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种能够实现可调谐滤波的 太赫兹波滤波器。 本专利技术为了实现上述目的，采用了以下结构。 本专利技术提供一种太赫兹波滤波器，能够吸收太赫兹入射波中特定频段的波实现滤 波，其特征在于，包括：亚波长金属光栅层，亚波长金属光栅层的光栅周期小于入射波波长； 承载在亚波长金属光栅层下方的基底层；以及与基底层连接并控制基底层温度的温度控制 装置， 其中，亚波长金属光栅层包括：金属栅条和介质栅条，金属栅条和介质栅条周期性 交替排布，在局域表面等离子共振发生时，电子在所述金属栅条上作周期性往返运动，特定 频率的太赫兹入射波在亚波长金属光栅层上发生局域表面等离子体共振，共振频率附近频 段的太赫兹入射波被吸收；当温度控制装置改变基底层温度，共振频率发生变化，吸收波的 频段随之变化。 另外，在本专利技术的太赫兹波滤波器中，还可以具有这样的特征：其中，基底层为 InSb、InAs、InP 和 GaAs 中任意一种。 另外，在本专利技术的太赫兹波滤波器中，还可以具有这样的特征：其中，金属栅条由 铜、金、银、铬和铝中任意一种金属制成。 另外，在本专利技术的太赫兹波滤波器中，还可以具有这样的特征：其中，介质栅条由 空气、二氧化硅、环氧树脂和硅中任意一种形成。 另外，在本专利技术的太赫兹波滤波器中，还可以具有这样的特征：其中，基底层为 InSb，金属栅条由铜制成，介质栅条为空气时，基底层温度T与共振频率F的变化关系为：F =0. 0168T-2. 96,其中T的单位为K，F的单位为THz。 另外，在本专利技术的太赫兹波滤波器中，还可以具有这样的特征：其中，基底层温度 T的变化范围为225K?325K。 另外，在本专利技术的太赫兹波滤波器中，还可以具有这样的特征：其中，共振频率F 的变化范围为0. 82THZ?2. 50THZ。 另外，在本专利技术的太赫兹波滤波器中，还可以具有这样的特征：其中，吸收波的频 段范围为（F-ο. 16THz，F+0. 32THZ)。 专利技术作用与效果 根据本专利技术的太赫兹波滤波器，由于温度控制装置改变了基底层温度，导致基底 层载流子浓度改变，使得基底层的介电常数改变；入射太赫兹波在亚波长金属光栅层中激 发局域表面等离子体共振，其共振频率和光栅周期以及亚波长金属光栅层和基底层的阻抗 匹配相关；当基底层的介电常数改变，阻抗匹配的频率位置也会发生改变，进而激发局域表 面等离子的共振频率也会改变；此时，共振频率附近波段的入射太赫兹波被吸收，其他频率 的波被亚波长金属光栅层反射，达到滤波效果；因此，基底层温度改变时，共振频率发生变 化，吸收波的频段随之变化，实现了可调谐滤波。 【附图说明】 图1是本专利技术涉及的太赫兹波滤波器在实施例中的结构示意图； 图2是本专利技术涉及的太赫兹波滤波器在实施例中基底层温度为225K时的反射特 性曲线； 图3是本专利技术涉及的太赫兹波滤波器在实施例中基底层温度为240K时的反射特 性曲线； 图4是本专利技术涉及的太赫兹波滤波器在实施例中基底层温度为255K时的反射特 性曲线； 图5是本专利技术涉及的太赫兹波滤波器在实施例中基底层温度为270K时的反射特 性曲线； 图6是本专利技术涉及的太赫兹波滤波器在实施例中基底层温度为295K时的反射特 性曲线； 图7是本专利技术涉及的太赫兹波滤波器在实施例中基底层温度为325K时的反射特 性曲线；以及 图8是本专利技术涉及的太赫兹波滤波器的共振频率随温度变化图。 【具体实施方式】 以下参照附图对本专利技术所涉及的太赫兹波滤波器做详细阐述。 〈实施例1> 图1是本专利技术涉及的太赫兹波滤波器在实施例中的结构示意图。 如图1所示，太赫兹波滤波器10具有基底层1、亚波长金属光栅层2、温度控制装 置（图中未显示），亚波长金属光栅层2包括金属栅条3和介质栅条4。 金属栅条3由铜制成，介质栅条4为空气。金属栅条3和介质栅条4周期性地交 替排布。亚波长金属光栅层2的光栅周期为20 μ m，占空比为4:1，光栅槽深为500nm。入 射太赫兹波的频率范围为0. 3?3THz，对应的波长范围为100 μ m至1000 μ m，亚波长金属 光栅层的光栅周期小于入射波波长。 基底层1为<1〇〇>Ν型不掺杂InSb基片，承载在亚波长金属光栅层2的下方。 温度控制装置与基底层1连接，能够控制基底层1的温度。当温度低于290K时， 使用液氮冷却装置作为温度控制装置；当温度高于290K时，使用热台作为温度控制装置。 本实施例的太赫兹波滤波器的制备过程如下：1、用溅射的方法在500um厚度InSb 基底层1上镀一层500nm铜薄膜。2、在铜膜上旋涂一层光刻胶，将周期20um，占空比4 :1的 掩模板置于光刻胶上，用曝光显影技术将在光刻胶上形成相应的光栅结构。3、用离子束蚀 刻的方法，将光刻胶上的光栅结构转移到铜膜上，得到亚波长金属光栅层2。4、将温度控制 装置与基底层1相连接。 由于温度控制装置提高基底层1的温度，会使得基底层1中的载流子浓度N变大， 从而使得半导体的等离子频率ωρ变大，如下式所示： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹波滤波器，能够吸收太赫兹入射波中特定频段的波实现滤波，其特征在于，包括：亚波长金属光栅层，所述亚波长金属光栅层的光栅周期小于所述入射波波长；承载在所述亚波长金属光栅层下方的基底层；以及与所述基底层连接并控制所述基底层温度的温度控制装置，其中，所述亚波长金属光栅层包括：金属栅条和介质栅条，所述金属栅条和所述介质栅条周期性交替排布，在所述局域表面等离子共振发生时，电子在所述金属栅条上作周期性往返运动，特定频率的所述太赫兹入射波在所述亚波长金属光栅层上发生局域表面等离子体共振，共振频率附近频段的所述太赫兹入射波被吸收；当所述温度控制装置改变所述基底层温度，所述共振频率发生变化，吸收波的频段随之变化。

【技术特征摘要】
1. 一种太赫兹波滤波器，能够吸收太赫兹入射波中特定频段的波实现滤波，其特征在 于，包括： 亚波长金属光栅层，所述亚波长金属光栅层的光栅周期小于所述入射波波长； 承载在所述亚波长金属光栅层下方的基底层；以及 与所述基底层连接并控制所述基底层温度的温度控制装置， 其中，所述亚波长金属光栅层包括：金属栅条和介质栅条， 所述金属栅条和所述介质栅条周期性交替排布，在所述局域表面等离子共振发生时， 电子在所述金属栅条上作周期性往返运动， 特定频率的所述太赫兹入射波在所述亚波长金属光栅层上发生局域表面等离子体共 振，共振频率附近频段的所述太赫兹入射波被吸收；当所述温度控制装置改变所述基底层 温度，所述共振频率发生变化，吸收波的频段随之变化。2. 根据权利要求1所述的太赫兹波滤波器，其特征在于： 其中，所述基底层为InSb、InAs、InP和GaAs中任意一种。3. 根据权利要求1所述的太赫兹波滤波器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐庆勇，王琦，王建宇，张大伟，钱林勇，黄元申，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31