[發明專利]太赫茲波段四重光子晶體帶阻濾波器

有效

• 申請號: 201810068535.0
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108089251B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 林斌
• 申請（專利權）人: 廈門大學嘉庚學院
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B1/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;丘鴻超

本發明提出一種太赫茲波段四重光子晶體帶阻濾波器，其特征在于，包括：薄膜基質和設置在薄膜基質正面的四重光子晶體陣列結構；所述四重光子晶體陣列結構包括多個呈正方形陣列排布的四重光子晶體單元；所述四重光子晶體單元包括從外而內依次嵌套設置的金屬導電墨水空心正方形環、乙炔黑導電墨水空心正方形環、單晶硅薄片空心正方形環和最內的正方形陶瓷薄片。本發明及優選方案提供的帶阻濾波器同時實現了阻帶頻率寬度大、通帶衰減小、阻帶衰減大的性能要求，在太赫茲波段設備中有廣泛使用的前景。

技術領域

本發明屬于太赫茲濾波器領域，尤其涉及一種太赫茲波段四重光子晶體帶阻濾波器。

背景技術

太赫茲（1?THz=10¹²?Hz）波的波長介于30微米和3毫米之間，頻率位于微波和紅外波之間，太赫茲波的性質介于微波和光波之間。在上個世紀由于太赫茲波源的研發滯后，太赫茲波的應用研究曾有過幾十年的停滯，形成了電磁波譜上的“太赫茲應用空白”。上世紀末和本世紀初，隨著一批高性能太赫茲波源的面世，太赫茲波的應用得到了越來越多的關注，太赫茲波段設備研發是新世紀電磁波應用技術的研究熱點。

太赫茲波擁有許多其他頻段電磁波所不具備的獨特性能。太赫茲波的光子能量較低，不會對生物組織造成傷害，可用于醫療領域的活體檢測；各種污染物在太赫茲波段有獨特的譜線，可用于遠程環境監測和污染物檢測；太赫茲波的頻率大大高于微波，使用太赫茲波作為無線通信的載波，可以大幅度提高通信速度并增大信道寬度；宇宙大爆炸發射的98%的光子能量都位于太赫茲的頻率范圍，太赫茲波將是未來宇宙探測使用的主要電磁波。

帶阻濾波器是常用的信號處理濾波器之一，在太赫茲波傳輸和處理系統中應用廣泛，它能夠將輸入信號某些特定范圍的頻率分量衰減到極低水平，能夠抑制雜散輸出和無用的寄生通帶。現有太赫茲設備對于太赫茲波段帶阻濾波器的性能要求是：阻帶頻率寬度大、通帶衰減小、阻帶衰減大，阻帶范圍在1?THz附近，阻帶頻率寬度達到0.05?THz以上，通帶最大衰減小于3?dB，阻帶最小衰減大于40?dB。

光子晶體結構是由一種介質在另一種介質中周期性排布組成的新型光學材料，其最重要的性質是能夠產生光子帶隙，頻率位于光子帶隙中的電磁波將被阻止傳播。聚對苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜的化學穩定性很好，可以耐油、耐稀酸、耐稀堿，耐大多數溶劑，在-70℃到150℃的溫度范圍內都可以正常工作，且具有很好的柔韌性，可以經受折疊而不損壞。

發明內容

針對現有技術存在的不足和空白，本發明的目的在于：提供一種阻帶范圍在1?THz附近，阻帶頻率寬度達到0.05?THz以上，通帶最大衰減小于3?dB，阻帶最小衰減大于40?dB的太赫茲波段四重光子晶體帶阻濾波器，采用以下技術方案：

一種太赫茲波段四重光子晶體帶阻濾波器，其特征在于，包括：薄膜基質和設置在薄膜基質正面的四重光子晶體陣列結構；所述四重光子晶體陣列結構包括多個呈正方形陣列排布的四重光子晶體單元；所述四重光子晶體單元包括從外而內依次嵌套設置的金屬導電墨水空心正方形環、乙炔黑導電墨水空心正方形環、單晶硅薄片空心正方形環和最內的正方形陶瓷薄片。

優選地，所述四重光子晶體陣列結構是由5行5列共25個四重光子晶體單元按照5×5陣列周期性的分布在薄膜基質表面組成的。

優選地，所述四重光子晶體陣列結構劃分為5行5列25個小正方形區域，每個小正方形區域的大小都為40?μm±1?μm×40?μm±1?μm，每個小正方形區域的對稱中心設置一個四重光子晶體單元。

優選地，所述四重光子晶體單元的大小為40?μm±1?μm×40?μm±1?μm；所述金屬導電墨水空心正方形環的外邊長為40?μm、內邊長為20?μm、所述乙炔黑導電墨水空心正方形環的外邊長為20?μm、內邊長為10?μm、所述單晶硅薄片空心正方形環的外邊長為10?μm、內邊長為5?μm和所述正方形陶瓷薄片的邊長為5?μm。

優選地，在所述四重光子晶體陣列結構的邊界，對角地設有信號輸入點和設有信號輸出點。