太赫兹波段分形光子晶体带通滤波器的制作方法

本实用新型涉及一种太赫兹波段分形光子晶体带通滤波器。

背景技术：

太赫兹(Terahertz，THz，1THz＝10¹²Hz)电磁波是一种辐射特性介于微波和红外光之间的电磁波，是本世纪初应用电磁学领域研究的重点方向。随着微型半导体技术和激光技术的发展，太赫兹技术取得了长足的进步，越来越多太赫兹设备进入实用化阶段。物质的太赫兹谱信息丰富且分辨率高，太赫兹电磁波在环境保护监控、成像与检测、疾病诊断、天文研究、高速宽带移动通信、军用侦察设备等领域都具有巨大的应用价值。

性能优异的太赫兹波传输和处理装置是太赫兹设备能够实用化的重要基础。带通滤波器是一种允许特定频段信号通过而阻止其他频段信号通过的滤波器，具有频率选通功能，在太赫兹设备中应用广泛。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种太赫兹波段分形光子晶体带通滤波器，它的通带范围在1THz附近，通带最大衰减小于3dB、阻带最小衰减大于30dB时，通带频率宽度达到0.1THz以上，两个过渡带频率宽度均小于0.05THz。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：一种太赫兹波段分形光子晶体带通滤波器，它包括由多层光子晶体结构层叠贴覆组成的复合层叠光子晶体结构；每层光子晶体结构包括基板、贴覆在基板正面的分形金属阵列；每层光子晶体结构是3行3列共9个金属贴片间隔分布在基板表面上形成的结构。

较之现有技术而言，本实用新型的优点在于：

(1)在光子晶体结构的每个金属贴片区域，引入分形结构，有效的展宽了滤波器通带频率宽度。

(2)基于分形光子晶体结构设计的带通滤波器具有通带频率宽度较大、过渡带频率宽度较小、通带衰减小、阻带衰减大等优点。

(3)使用高介电常数太赫兹波段透波陶瓷基板作为基板，有效的实现了滤波器的小型化，让金属贴片阵列分布在陶瓷基板表面，组成光子晶体结构，实现带通特性。

附图说明

图1是康托尔分形结构的迭代过程示意图，其中(a)为1阶康托尔分形结构；(b)为2阶康托尔分形结构。

图2是第一层光子晶体结构示意图。

图3是第二层光子晶体结构示意图。

图4是第三层光子晶体结构示意图。

图5是太赫兹波段分形光子晶体带通滤波器的幅频特性性能图，图中的横坐标表示频率Frequency(GHz)，纵坐标表示滤波器的幅频特性The amplitude frequency characteristics of filter(dB)。

标号说明：1基板、2金属贴片、3信号输入点、4信号输出点。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本

技术实现要素：
进行详细说明：

一种太赫兹波段分形光子晶体带通滤波器，它包括由多层光子晶体结构层叠贴覆组成的复合层叠光子晶体结构；每层光子晶体结构包括基板、贴覆在基板正面的分形金属阵列；每层光子晶体结构是3行3列共9个金属贴片间隔分布在基板表面上形成的结构。

每层光子晶体结构中每个金属贴片所在的正方形区域的大小都为16μm×16μm，第一行正方形区域与基板上边沿距离为8μm，相邻两行正方形区域之间距离为8μm，第三行正方形区域与基板下边沿距离为8μm，第一列正方形区域与基板左边沿距离为8μm，相邻两列正方形区域之间距离为8μm，第三列正方形区域与基板右边沿距离为8μm。

所述复合层叠光子晶体结构是由3层光子晶体结构层叠贴覆组成的，由上往下依次为第一层光子晶体结构、第二层光子晶体结构和第三层光子晶体结构。

每层光子晶体结构中的3行3列共9个金属贴片的形状相同；第一层光子晶体结构中的每个金属贴片的形状为正方形，第二层光子晶体结构中的每个金属贴片的形状为1阶康托尔分形，第三层光子晶体结构中的每个金属贴片的形状为2阶康托尔分形。

在第一层光子晶体结构中第三行第一列的金属贴片(第一层光子晶体结构左下角的金属贴片)上设有信号输入点，在第一层光子晶体结构中第一行第三列的金属贴片(第一层光子晶体结构右上角的金属贴片)上设有信号输出点。

所述基板为太赫兹波段透波陶瓷基板。

光子晶体结构是由一种介质在另一种介质中周期性排布组成的新型光学材料，在设计中我们让金属贴片周期性的排布在高介电常数太赫兹波段透波陶瓷材料中，组成阵列光子晶体材料。太赫兹波段透波陶瓷材料在介电常数6-100的范围内，对太赫兹波信号的损耗角正切小于0.005，保证了基板对太赫兹波信号无衰减。合理设计馈电方式后，这种由金属和陶瓷组成的光子晶体结构将具有更良好的带通特性。我们在光子晶体的每个周期单元中引入分形演化规律，得到分形光子晶体结构，并在三层光子晶体结构中使用阶数逐渐增加的分形结构，这样每层光子晶体结构都具有较宽的通带宽度，三层光子晶体结构层叠贴覆后将形成一个能够宽频带工作的带通滤波器。

所述金属贴片的材质为铜、银或金。

每层基板的形状优先为矩形，尺寸是80μm±1μm×80μm±1μm。每层基板的厚度为10μm±1μm。

下面给出本实用新型的一具体实施例：

参见图1至图4，本实施例是由3层光子晶体结构层叠贴覆组成，第一层光子晶体结构如图2中所示，第二层光子晶体结构如图3中所示，第三层光子晶体结构如图4中所示，每层光子晶体结构包括基板1、贴覆在基板1正面的分形金属阵列。每层光子晶体结构由3行3列共9个金属贴片2周期性的分布在陶瓷基板表面组成，每个金属贴片区域的大小都为16μm×16μm，第一行金属贴片2与基板1上边沿距离为8μm，每两行金属贴片2之间距离为8μm，第三行金属贴片2与基板1下边沿距离为8μm，第一列金属贴片2与基板1左边沿距离为8μm，每两列金属贴片2之间距离为8μm，第三列金属贴片2与基板1右边沿距离为8μm。每层光子晶体结构中的3行3列共9个金属贴片2的形状相同，第一层光子晶体结构中的每个金属贴片的形状为正方形，第二层光子晶体结构中的每个金属贴片2的形状为1阶康托尔分形，第三层光子晶体结构中的每个金属贴片2的形状为2阶康托尔分形。信号输入点3设置于第一层光子晶体结构中第三行第一列的金属贴片2上，信号输出点4设置于第一层光子晶体结构中第一行第三列的金属贴片2上。

基板1为太赫兹波段透波陶瓷基板，其相对介电常数为40±5％。金属贴片的材质为铜、银或金。3层光子晶体结构的基板1大小都相等，每层基板1的形状为矩形，尺寸是80μm±1μm×80μm±1μm。3层光子晶体结构的基板1厚度都相等，每层基板1的厚度为10μm±1μm。

参见图5，其给出了本实施例的幅频特性性能图。从图5可以看出，实测结果显示，通带幅频特性衰减小于3dB、阻带幅频特性衰减大于30dB时，该款带通滤波器的通带频率范围为0.917～1.082THz，通带频率宽度为0.165THz，两个过渡带频率范围分别为0.882～0.917THz和1.082～1.121THz，两个过渡带频率宽度分别为0.035THz和0.039THz。实测结果显示，该款带通滤波器能够满足现有太赫兹设备对于太赫兹波段带通滤波器的性能要求。

与用于太赫兹波段的常规带通滤波器比较，本实用新型具有以下突出的优点和显著的效果：通带最大衰减小于3dB、阻带最小衰减大于30dB时，通带频率宽度达到0.165THz，远大于通带频率宽度达到0.1THz以上的常规性能要求；两个过渡带频率宽度分别为0.035THz和0.039THz，优于两个过渡带频率宽度均小于0.05THz的常规性能要求。滤波器通带内幅频特性较为平坦，阻带内大多数频段的衰减都大于40dB。本款带通滤波器具有通带频率宽度较大、过渡带频率宽度较小、通带衰减小、阻带衰减大等多项优点，在太赫兹波传输和处理领域具有广阔的应用前景。