[发明专利]基于频率选择表面的太赫兹宽带带通滤波器

说明书

本发明公开了一种基于频率选择表面的太赫兹宽带带通滤波器，包括：频率选择表面层，频率选择表面层为单层结构；频率选择表面层的外表面为金属材料；在频率选择表面层上设置有多个通孔，多个通孔在频率选择表面层上等间隔排列，形成周期性通孔阵列，通过太赫兹波与周期性通孔阵列之间发生的耦合作用对此太赫兹波进行选频。本发明的太赫兹宽带带通滤波器，具有孔状结构的单层频率选择表面结构，带内通过率高，结构简单，加工难度大大降低；对x和y偏振光具有相同的带通滤波特性，即具有极化不敏感特性；由于周期单元的尺寸和厚度都较大，可采用激光打孔等技术完成，加工速度快。

技术领域

本发明涉及太赫兹滤波器技术领域，尤其涉及一种基于频率选择表面的太赫兹宽带带通滤波器。

背景技术

太赫兹(THz)波通常是指频率在0.3～3THz(或波长在0.1～1mm)的电磁波。太赫兹波在物理、化学和生命科学等基础研究学科以及医学成像、安全检查、产品检测、空间通信和武器制导等应用学科都具有重要的研究价值和应用前景。常规材料很难在太赫兹波段发生电磁响应，特别是磁响应，太赫兹波段范围内的科学研究和技术应用上的空白点很多。人工电磁材料可以突破自然界已有材料的介电常数和磁导率变化自由度的限制，在调控太赫兹波方面展现出巨大的应用潜力。人工电磁材料又叫超材料、左手材料，是指电磁参数(介电常数和磁导率)可人为控制的一类人工复合周期结构。频率选择表面(FSS-FrequencySelective Surface)是一种二维周期阵列结构，它与电磁波相互作用时通常表现出带通或带阻的滤波特性，从而广泛应用于雷达罩的RCS缩减、空间滤波器、极化器和吸波材料等领域。

基于频率选择表面的太赫兹滤波器由于具有小型化、频率选择性好、低插损、寄生通带更远等优点，受到了越来越多人的关注和研究。FSS一般是由金属贴片或金属屏的缝隙单元二维周期性排列所形成，可以在两侧或单侧加载介质，它最本质的特征就是能够对不同频率、入射角及极化状态下的电磁波呈现滤波特性。单层结构的频率选择表面滤波器比较容易实现滤波性能，但带通或带阻对应的频带范围往往非常窄。采用多层金属孔结构的FSS 级联可实现平顶和陡截止的带通滤波器特性，但是这种结构在调节层间距离方面存在较大难度，在加工上存在较大困难：一方面，多层频率选择表面金属结构的图形相同，加工时需要对齐，若介质不透明，很难使两层金属结构完全对准，影响滤波器性能；另一方面，由于太赫兹波段要求介质的厚度较薄，通常为几百微米甚至更小，因此在介质双面做频率选择表面结构图形时很容易造成介质的破碎。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种基于频率选择表面的太赫兹宽带带通滤波器。

根据本发明的一个方面，提供一种基于频率选择表面的太赫兹宽带带通滤波器，包括：频率选择表面层，所述频率选择表面层为单层结构；所述频率选择表面层的外表面为金属材料；在所述频率选择表面层上设置有多个通孔，所述多个通孔在所述频率选择表面层上等间隔排列，形成周期性通孔阵列；其中，通过太赫兹波与所述周期性通孔阵列之间发生的耦合作用对此太赫兹波进行选频。

可选地，在金属材料的基片上通过激光或光刻技术形成所述周期性通孔阵列。

可选地，所述频率选择表面层的材料包括：铜、铝、金、银；所述频率选择表面层的厚度为50μm-5000μm；频率选择表面层周期为100-2000μm。

可选地，在介质基片上通过激光或光刻技术形成所述周期性通孔阵列，在所述介质基片的表面以及形成所述周期性通孔阵列的通孔表面镀有金属材料薄膜。

可选地，所述金属材料薄膜的材料包括：铜、铝、金、银；所述金属材料薄膜的厚度大于或等于200nm。

可选地，所述介质基片的介质材料包括：硅、氧化硅、石英；所述介质基片的厚度为150-5000μm。