太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器的制造方法

文档序号:10747519
太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:该滤波器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、贴覆在基板正面的圆形单晶硅片阵列,每层光子晶体结构是5行5列共25个圆形单晶硅片间隔分布在基板表面上形成的结构。本实用新型的目的在于提供一种阻带范围在1THz附近,阻带频率宽度达到0.05THz以上,通带最大衰减小于3dB,阻带最小衰减大于40dB的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器。
【专利说明】
太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器。
【背景技术】
[0002]太赫兹(Terahertz,THz)电磁波是指频率为112Hz附近的电磁波,近年来,太赫兹辐射的产生机理、检测和应用技术研究得到了蓬勃发展。与其他波段的电磁波相比,太赫兹波具有以下鲜明的特点:
[0003]1.宇宙大爆炸发射的98%的光子能量都位于太赫兹的频率范围;
[0004]2.利用各种分子在太赫兹波段的独特谱线可完成环境监测和空气污染监测;
[0005]3.太赫兹波的光子能量较低,对生物组织无害,适合于对生物组织进行活体检查;
[0006]4.如果太赫兹波能够应用在通信领域,现有的无线通信的信道容量将大大增加。
[0007]太赫兹电磁波的这些特性决定了它在多个领域具有广阔的应用前景。太赫兹波的应用急需性能优异的太赫兹波传输和处理装置。带阻滤波器是能够将输入信号某些特定范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,能够抑制杂散输出和无用的寄生通带,在太赫兹波传输和处理系统中应用广泛。现有太赫兹设备对于太赫兹波段带阻滤波器的性能要求是:阻带范围在ITHz附近,阻带频率宽度达到0.05THz以上,通带最大衰减小于3dB,阻带最小衰减大于40dB。

【发明内容】

[0008]本实用新型的目的在于提供一种阻带范围在ITHz附近,阻带频率宽度达到
0.05THz以上,通带最大衰减小于3dB,阻带最小衰减大于40dB的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器。
[0009]本实用新型的目的通过如下技术方案实现:一种太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:该滤波器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、贴覆在基板正面的圆形单晶硅片阵列,每层光子晶体结构是5行5列共25个圆形单晶硅片间隔分布在基板表面上形成的结构。
[0010]优选地,所述复合层叠光子晶体结构是由5层光子晶体结构层叠贴覆组成的。
[0011]优选地,每层光子晶体结构划分为5行5列25个小正方形区域,每个小正方形区域的大小都为60μπιΧ60μπι,每个小正方形区域的中心贴覆有直径R小于小正方形区域边长的圆形单晶硅片。
[0012]优选地,每层光子晶体结构中的5行5列共25个圆形单晶硅片的直径R相同,第一层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为58μπι,第二层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为56μπι,第三层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为54μπι,第四层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为52μπι,第五层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为50μπι。
[0013]优选地,所述复合层叠光子晶体结构在第一层光子晶体结构中第五行第一列的圆形单晶硅片(第一层光子晶体结构左下角的圆形单晶硅片)上设有信号输入点,在第一层光子晶体结构中第一行第五列的圆形单晶硅片(第一层光子晶体结构右上角的圆形单晶硅片)上设有信号输出点。
[0014]优选地,所述基板为太赫兹波段透波陶瓷基板,其相对介电常数最好为9± 5%。
[0015]优选地,所述圆形单晶硅片的相对介电常数最好为11±5%。
[0016]优选地,所述5层光子晶体结构的基板大小都相等,每层基板的形状优先为矩形,尺寸是 300μηι±5μηιΧ 300μηι±5μηι。
[0017]优选地,每层光子晶体结构的基板厚度都相等,每层基板的厚度为10μπι±1μπι。
[0018]较之现有技术而言,本实用新型的优点在于:在设计中能使用能够工作在太赫兹波段的低损耗的单晶硅半导体介质材料和陶瓷材料作为太赫兹波段光子晶体结构的基本材料,让单晶硅半导体材料周期性的排布在陶瓷材料中,形成阻带,落在阻带中的电磁波完全不能透过光子晶体结构,而阻带外的电磁波穿过光子晶体结构时几乎无衰减。我们使用复合层叠技术进一步改进光子晶体的性能,每一层光子晶体结构中,圆形单晶硅片的直径不同,因此形成的阻带的频率范围不同,多个频率相近的阻带叠加,会形成频率范围较宽的阻带。基于复合层叠光子晶体结构设计的带阻滤波器具有阻带频率宽度较大、通带衰减小、阻带衰减大等优点。
【附图说明】
[0019]图1是每层光子晶体结构示意图。
[0020]图2是复合层叠光子晶体结构的截面示意图。
[0021]图3是图1、图2所示结构的幅频特性性能图,图中的横坐标表示频率Frequency(GHz),纵坐标表不滤波器的幅频特性The amplitude frequency characteristics offilter(dB)。
[0022]标号说明:I基板、2圆形单晶娃片。
【具体实施方式】
[0023]下面结合说明书附图和实施例对本【实用新型内容】进行详细说明:
[0024]—种太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,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1、贴覆在基板正面的圆形单晶硅片阵列,所述每层光子晶体结构是由5行5列共25个圆形单晶硅片2按照5 X 5阵列周期性的分布在基板I表面组成的。
[0025]所述复合层叠光子晶体结构是由5层光子晶体结构层叠贴覆组成的。
[0026]所述每层光子晶体结构划分为5行5列25个小正方形区域,每个小正方形区域的大小都为60μπι X 60ym,每个小正方形区域的中心贴覆有直径R小于正方形边长的圆形单晶硅片2。
[0027]所述每层光子晶体结构中的5行5列共25个圆形单晶硅片2的直径R相同,第一层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片2的直径R为58μπι,第二层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片2的直径R为56μπι,第三层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片2的直径R为54μπι,第四层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片2的直径R为52μπι,第五层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片2的直径R为50μπι。
[0028]我们使用低损耗的单晶硅半导体介质材料和陶瓷材料作为设计制作太赫兹波段光子晶体结构的基本材料。在太赫兹波段,硅介质吸收系数较低,基本上为0.04cm—S介电常数约为11,很适合作为制作光子晶体结构的半导体材料。我们选用的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,该陶瓷材料很适合作为太赫兹波段器件的基底材料。
[0029]光子晶体结构是由一种介质在另一种介质中周期性的排布组成的。我们让单晶硅介质周期性的排布在陶瓷材料中,形成光子晶体结构。合理调节单晶硅介质和陶瓷材料的排布方式,让光子晶体结构形成的阻带频率范围在ITHz附近。我们使用复合层叠技术,每一层光子晶体结构中,圆形单晶硅片的直径不同,形成的阻带的频率范围不同,多个频率相近的阻带叠加,会形成频率范围较宽的阻带,最终设计完成的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器的阻带频率宽度将达到0.05THz以上。
[0030]所述复合层叠光子晶体结构在第一层光子晶体结构中第五行第一列的圆形单晶硅片2(第一层光子晶体结构左下角的圆形单晶硅片2)上设有信号输入点3,在第一层光子晶体结构中第一行第五列的圆形单晶硅片2(第一层光子晶体结构右上角的圆形单晶硅片2)上设有信号输出点4。
[0031 ]所述基板I为太赫兹波段透波陶瓷基板,其相对介电常数最好为9±5% 0
[0032]所述圆形单晶硅片的相对介电常数最好为11±5%。
[0033]所述5层光子晶体结构的基板I大小都相等,每层基板I的形状优先为矩形,尺寸是300μπι±5μπιΧ 300μπι±5μπι。
[0034]所述5层光子晶体结构的基板I厚度都相等,每层基板I的厚度为10μπι±1μπι。
[0035]下面给出本实用新型的一具体实施例:
[0036]参见图1和图2,本实施例是由5层光子晶体结构层叠贴覆组成的复合层叠光子晶体结构,每层光子晶体结构如图1中所示,复合层叠光子晶体结构的截面如图2中所示。每层光子晶体结构包括基板、贴覆在基板正面的圆形单晶硅片阵列。每层光子晶体结构划分为5行5列25个小正方形区域,每个小正方形区域的大小都为60μπιΧ60μπι,每个小正方形区域的中心贴覆有直径R小于正方形边长的圆形单晶硅片。每层光子晶体结构中的5行5列共25个圆形单晶硅片的直径R相同,第一层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为58μπι,第二层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为56μπι,第三层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为54μπι,第四层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为52μπι,第五层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为50μπι。信号输入点设置于第一层光子晶体结构左下角的圆形单晶硅片上,信号输出点设置于第一层光子晶体结构右上角的圆形单晶硅片上。
[0037]基板为太赫兹波段透波陶瓷基板,其相对介电常数为9±5%。圆形单晶硅片的相对介电常数为11±5%。5层光子晶体结构的基板大小都相等,每层基板的形状为矩形,尺寸是βΟΟμπ^δμ??ΧβΟΟμπ^δμπ?』层光子晶体结构的基板厚度都相等,每层基板的厚度为ΙΟμ??
土 Ium0
[0038]参见图3,图3给出了本实施例的幅频特性性能图。从图3可以看出,实测结果显示,幅频特性小于_40dB时,该款带阻滤波器的阻带频率范围为0.957?1.073THz,阻带频率宽度为0.116THZ,通带幅频特性最小值为-1.94dB,阻带幅频特性最小值为-52dB。实测结果显示,该款带阻滤波器能够满足现有太赫兹设备对于太赫兹波段带阻滤波器的性能要求。
[0039]与用于太赫兹波段的常规带阻滤波器比较,本实用新型具有以下突出的优点和显著的效果:阻带频率宽度达到0.116THz,远高于阻带频率宽度0.05THz的常规性能要求;通带幅频特性最小值为_1.94dB,即通带最大衰减为1.94dB,优于通带最大衰减小于3dB的常规性能要求;阻带幅频特性最小值为-52dB,即阻带最小衰减为52dB,远远优于阻带最小衰减大于40dB的常规性能要求。本款带阻滤波器同时具备阻带频率宽度大、通带衰减小、阻带衰减大等优点,在太赫兹波传输和处理领域具有广阔的应用前景。
【主权项】
1.一种太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:该滤波器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、贴覆在基板正面的圆形单晶硅片阵列,每层光子晶体结构是5行5列共25个圆形单晶硅片间隔分布在基板表面上形成的结构。2.根据权利要求1所述的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:所述每层光子晶体结构划分为5行5列25个小正方形区域,每个小正方形区域的大小都为60μπιΧ60μπι,每个小正方形区域的中心贴覆有直径R小于小正方形区域边长的圆形单晶硅片。3.根据权利要求2所述的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:所述复合层叠光子晶体结构是由5层光子晶体结构层叠贴覆组成的。4.根据权利要求3所述的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:每层光子晶体结构中的5行5列共25个圆形单晶硅片的直径R相同,第一层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为58μπι,第二层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为56μπι,第三层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为54μπι,第四层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为52μπι,第五层光子晶体结构中的每个圆形单晶硅片的直径R为5 Oum ο5.根据权利要求1所述的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:在第一层光子晶体结构中第五行第一列的圆形单晶硅片上设有信号输入点,在第一层光子晶体结构中第一行第五列的圆形单晶硅片上设有信号输出点。6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:所述基板为太赫兹波段透波陶瓷基板。7.根据权利要求6所述的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:所述太赫兹波段透波陶瓷基板的相对介电常数为9±5%。8.根据权利要求1、2、3、4或5所述的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:所述圆形单晶硅片的相对介电常数为11±5%。9.根据权利要求1、2、3、4或5所述的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:每层光子晶体结构的基板大小都相等,每层基板的形状为矩形,尺寸是300μπι±5μπιΧ300μπι±5μπι。10.根据权利要求1、2、3、4或5所述的太赫兹波段复合层叠光子晶体带阻滤波器,其特征在于:每层光子晶体结构的基板厚度都相等,每层基板的厚度为10μπι±1μπι。
【文档编号】H01P1/20GK205429121SQ201620290721
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】林斌, 林畅, 毛云海, 张宇, 蔡沅坤, 叶广雅
【申请人】厦门大学嘉庚学院
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1