[实用新型]一种太赫兹波可调谐波导型窄带滤波器

说明书

本实用新型提供了一种太赫兹波可调谐波导型窄带滤波器及其制作方法，其包括一个具有矩形结构的空腔，空腔的上表面和下表面为周期凹槽结构的低损耗金属表面，其中间包含一楔形突起区域，两侧壁为平面。本实用新型具有结构简单、尺寸小，成本低、易于集成等优点；其Q值高、插入损失小、传输损失小；调整滤波器横向位置可以实现滤波器输出中心频率的调谐；改变波导周期个数、上下平板间距和凹槽深度可以改变滤波器的滤波带宽以及透射率。

技术领域

本实用新型属于微纳光学器件与光通信技术领域，具体涉及一种太赫兹波可调谐波导型窄带滤波器，其为一种太赫兹功能器件。

背景技术

太赫兹波是一种频率范围为0.1THz～10THz，波长位于微波与远红外之间的电磁波。由于太赫兹波所在的位置是电子学向光子学过渡的特殊区域，太赫兹波具有许多独特的优势，在宽带通信、无损检测、安全检査等领域有着广泛的研究价值和应用前景。而在实际应用中，太赫兹系统会受环境噪声和应用需求的限制。为了提高太赫兹系统性能和促进太赫兹波在通信领域的应用，需要滤除不需要的频率范围和噪声，因而太赫兹波可调窄带滤波器这样的功能型器件具有重要的研究意义和价值。

目前太赫兹滤波器主要基于光子晶体结构型、量子阱结构型、波导型太赫兹滤波器等，且国内外研究取得了一定成果。2010年，Rajin Mendis等人研究了基于平板波导的低通、高通、带通和带阻太赫兹滤波器。2020年，Kehui Jia，Lina Fan和Zhaoliang Cao提出一种基于起伏平行平板波导禁带调制的太赫兹窄带滤波器，带宽为5.8GHz，透过率可达99.8％，在此基础上加入液晶实现滤波器频率可调谐。2011年，赵冬梅，周庆莉和李磊等人提出了一种基于FDTD模拟的亚波长阵列结构的太赫兹可调窄带滤波器，实现2.5THz～20THz范围内滤波频率可调节，最小带宽达到0.04THz。2016年，陈鹤鸣，滕晨晨和周雯等人提出一种采用石榴石型铁氧体磁性材料的太赫兹滤波器，通过改变外磁场的大小对THz波进行滤波，实现了低损耗窄带滤波，其插入损耗为0.0997dB。中国专利申请第201710585750.3号公开了一种窄带选频和频率调谐的太赫兹窄带滤波器及其方法，其提出了一种窄带选频和频率调谐的太赫兹窄带滤波器，了太赫兹频段内实现几个GHz带宽内的窄带滤波器需求。中国专利申请第201721274742.9号提出了可调谐太赫兹窄带滤波器，实现电压可调太赫兹窄带滤波器，其表现出很好的传输效率。对比上述太赫兹滤波器，波导型太赫兹滤波器结构简单，制作工艺简单和易于集成。

目前国内外研究的太赫兹波滤波器结构主要基于超材料、光子晶体等结构，这些滤波器结构比较复杂，加工工艺要求高，制作困难，对太赫兹波滤波器的应用影响较大。同时，这些非波导型滤波器不利于集成、调谐过程复杂，实现难度大。本实用新型所提出的可调谐波导型窄带滤波器具有结构简单、易于制作、波段可调谐、易于集成等优点，可满足太赫兹波的应用需求，尤其是在未来6G通信技术领域的发展需求。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型人经过多次设计和研究，提供了一种太赫兹波可调谐波导型窄带滤波器，其低传输损耗、低插入损失和易于集成。

依据本实用新型的技术方案，提供一种太赫兹波可调谐波导型窄带滤波器，其包括一个具有矩形结构的空腔，空腔的上表面和下表面为周期凹槽结构的低损耗金属表面，其中间包含一楔形突起区域，两侧壁为平面。其中太赫兹可调谐波导型窄带滤波器中波导周期个数、上金属平板和下金属平板之间间距、对称结构倾斜角度和周期大小均可根据实际应用场景改变。

进一步地，通过改变波导周期个数和周期大小来改变滤波器的滤波带宽以及透射率；通过调整滤波器横向位置来改变其中心频率从而实现太赫兹信号的可调谐窄带滤波。滤波线宽为0.001THz，透过率高于97％。