一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器及调谐方法技术

本发明专利技术涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器及调谐方法，该太赫兹滤波器包括金属盖板和矩形结构的周期金属光栅；所述金属盖板为厚度不变的平板，平行间隔设于所述周期金属光栅正上方，所述金属盖板的高度可根据太赫兹滤波器的阻带的中心频率和带宽进行灵活设置。相比于现有技术，本发明专利技术提供的封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器可以仅仅通过改变金属盖板的高度实现周期金属光栅表面SSP模式传输特性的调谐，具有结构简单、紧凑，且动态可调谐的优势。

A closed periodic metal grating SSP THz filter and its tuning method

【技术实现步骤摘要】
一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器及调谐方法
本专利技术涉及太赫兹
，尤其涉及一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器及调谐方法。
技术介绍
周期金属光栅作为一种典型的电磁结构，在整个电磁波段都得到了大量研究和应用，而矩形结构的金属光栅更是因其结构简单、加工方便、热承载大等优点受到重点关注。特别是近年来，随着人工电磁结构及超材料的出现和不断发展，周期金属光栅的人工表面等离激元(Spoofsurfaceplamons,SSP)传输模式引起了研究者们的广泛关注。SSP是一种局附在周期金属结构表面的特殊电磁模式，具有极强的近场增强效应和局域共振效应。SSP被视为一种表面慢波，其色散曲线在光线以下，其传输波矢随着频率的增大而增大，场分布为亚波长尺度，且随着表面距离的增大而呈指数衰减，其能量也随着传输距离而下降，同时，其传输特性能够根据周期金属光栅结构参数的改变实现任意改变。目前，基于周期金属光栅实现SSP传输在微波和太赫兹频段得到了大量研究和应用。尽管周期金属光栅具有以上优异的特性，也在太赫兹波聚焦、导波与电路系统、滤波器和功分器、模式转换器、有源开关、天线阵列、传感等领域都得到了研究和应用。但是，现有技术中采用的单一周期金属光栅往往在SSP传输的垂直方向上是开放的边界条件，因此SSP的传输会受到外界信号的干扰和影响，如共面波导和传输线。并且，单一周期金属光栅结构SSP传输特性的改变，须通过改变周期金属光栅结构几何参数来实现，比如改变周期金属光栅的深度和/或周期。而在金属光栅已经加工成型的情况下，几何参数也随之确定，因此，SSP的传输特性不能在实际中实现动态调谐，对其应用造成了诸多限制。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是解决现有技术中周期金属光栅SSP传输易受到外界环境干扰，且难以实现动态调谐的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器，包括：金属盖板和矩形结构的周期金属光栅；所述金属盖板为厚度不变的平板，平行间隔设于所述周期金属光栅正上方；所述太赫兹滤波器SSP传输阻带的下频率由SSP慢波模式的渐进频率决定，上频率由SSP快波模式的截止频率决定。优选地，所述周期金属光栅的各个开槽内均填充有第一介质，所述周期金属光栅与所述金属盖板之间填充有第二介质。优选地，所述第一介质的介电常数为ε1，所述第二介质的介电常数为ε2，SSP慢波模式的渐进频率fs＝(C/4h)*(1/sqrt(ε1))，SSP快波模式的截止频率fc＝(C/2πh)*sqrt(3*(G*d/a+ε2*h)/h)，其中，C表示真空中的光速，h表示周期金属光栅开槽深度，a示周期金属光栅开槽宽度，d表示周期金属光栅开槽排列周期，G表示金属盖板高度。优选地，所述第一介质和/或所述第二介质为特氟龙、玻璃、硅中一种。本专利技术还提供了一种太赫兹滤波器调谐方法，采用如上述任一项所述的封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器实现，具体调谐步骤包括：S1、获取所述封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器的结构参数，包括所述周期金属光栅的开槽宽度、开槽深度、排列周期；S2、通过有限积分法，计算所述金属盖板设置在不同高度时，对应的SSP传输系数，确定相应的传输阻带；S3、根据太赫兹滤波器实际所需传输阻带，调整所述金属盖板的高度。优选地，所述步骤S3中，调整所述金属盖板的高度时，若需增大SSP快波模式的截止频率、减小SSP慢波模式的渐进频率，则减小所述金属盖板的高度，反之，则增大所述金属盖板的高度。优选地，若所述封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器中，所述周期金属光栅的各个开槽内均填充有第一介质，所述周期金属光栅与所述金属盖板之间填充有第二介质；所述步骤S1还包括获取第一介质、第二介质的介电常数；所述步骤S2还包括改变第二介质的介电常数，确定相应的传输阻带；所述步骤S3还包括根据太赫兹滤波器实际所需传输阻带，结合所述金属盖板的高度和第二介质的介电常数，更换第二介质。优选地，所述步骤S3中，结合所述金属盖板的高度和第二介质的介电常数，更换第二介质时，根据SSP快波模式的截止频率调整第二介质的材质，当截止频率需要减小时，更换第二介质为介电常数更大的材质，反之，更换第二介质为介电常数更小的材质。优选地，所述步骤S2还包括改变第一介质的介电常数，确定相应的传输阻带；所述步骤S3还包括根据太赫兹滤波器实际所需传输阻带，结合所述金属盖板的高度和第一介质的介电常数，更换第一介质。优选地，所述步骤S3中，结合所述金属盖板的高度和第一介质的介电常数，更换第一介质时，根据SSP慢波模式的渐进频率调整第一介质的材质，当渐进频率需要减小时，更换第一介质为介电常数更大的材质，反之，更换第一介质为介电常数更小的材质。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器及调谐方法，本专利技术通过在周期金属光栅上加盖金属盖板，实现了减低外界环境对于SSP传输的干扰与影响；同时，相比于传统的开放式周期金属光栅，本专利技术可以仅通过改变金属盖板的高度，即金属盖板到周期金属光栅的距离，实现对周期金属光栅SSP传输特性的调谐，而无需采用传统的通过改变周期金属光栅的结构参数或者通过改变填充介质参数实现SSP传输特性调控的方法，具有结构简单、紧凑，且SSP传输宽带宽，动态可调谐的优势。进一步地，本专利技术提供的太赫兹滤波器及调谐方法还可根据实际需要在周期金属光栅槽内和/或在金属盖板与周期金属光栅之间填充介质材料，进一步增大SSP模式的局附效应，因此也具有SSP深亚波长传输特性，性能更加优异。附图说明图1是本专利技术实施例中一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器结构示意图；图2是本专利技术实施例中封闭式周期金属光栅SSP的色散曲线图；图3是本专利技术实施例中通过改变金属盖板高度实现的动态可调谐太赫兹滤波器传输系数随频率的变化示意图；图4是本专利技术实施例中一种太赫兹滤波器调谐方法步骤示意图。图中：1：金属盖板；2：周期金属光栅；3：第一介质；4：第二介质。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和图2所示，本专利技术实施例提供的一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器，包括矩形结构的周期金属光栅2和金属盖板1，其中，如图1所示，周期金属光栅2包括多个结构相同且周期性均匀分布在金属表面的矩形结构的开槽，各个开槽的开槽宽度a、开槽深度h相同，且相邻两个开槽的间距，即排列周期d，也相同。金属盖板1为厚度不变的平板，平行间隔设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器，其特征在于：包括金属盖板和矩形结构的周期金属光栅；/n所述金属盖板为厚度不变的平板，平行间隔设于所述周期金属光栅正上方；/n所述太赫兹滤波器SSP传输阻带的下频率由SSP慢波模式的渐进频率决定，上频率由SSP快波模式的截止频率决定。/n

【技术特征摘要】
1.一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器，其特征在于：包括金属盖板和矩形结构的周期金属光栅；
所述金属盖板为厚度不变的平板，平行间隔设于所述周期金属光栅正上方；
所述太赫兹滤波器SSP传输阻带的下频率由SSP慢波模式的渐进频率决定，上频率由SSP快波模式的截止频率决定。


2.根据权利要求1所述的封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器，其特征在于：所述周期金属光栅的各个开槽内均填充有第一介质，所述周期金属光栅与所述金属盖板之间填充有第二介质。


3.根据权利要求2所述的封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器，其特征在于：所述第一介质的介电常数为ε1，所述第二介质的介电常数为ε2，SSP慢波模式的渐进频率fs＝(C/4h)*(1/sqrt(ε1))，SSP快波模式的截止频率fc＝(C/2πh)*sqrt(3*(G*d/a+ε2*h)/h)，其中，C表示真空中的光速，h表示周期金属光栅开槽深度，a示周期金属光栅开槽宽度，d表示周期金属光栅开槽排列周期，G表示金属盖板高度。


4.根据权利要求2或3所述的封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器，其特征在于：所述第一介质和/或所述第二介质为特氟龙、玻璃、硅中一种。


5.一种太赫兹滤波器调谐方法，其特征在于：
采用如权利要求1-4任一项所述的封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器实现，具体调谐步骤包括：
S1、获取所述封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器的结构参数，包括所述周期金属光栅的开槽宽度、开槽深度、排列周期；
S2、通过有限积分法，计算所述金属盖板设置在不同高度时，对应的SSP传输系数，确定相应的传输阻带；
S3、根据太赫兹滤波器实际所需传输阻带，调整所述金属盖板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永强，孙金海，李粮生，殷红成，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11