CN102881968A - 金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器 - Google Patents

金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器 Download PDF

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陈麟
朱亦鸣
高春梅
徐嘉明
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Abstract

金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，包括滤波器A板、滤波器B板、滤波器支架、水平位移台、竖直位移台。在滤波器A板和滤波器B板的中心位置分别刻有凹槽，滤波器A板凹槽向下固接在滤波器支架上，滤波器B板凹槽向上分别与水平位移台和竖直位移台连接；滤波器A板与滤波器B板保持间距上、下平行放置，形成双通道可调滤波器，在低阶横电（TE1）模式下，电磁波的偏振方向平行于平行板平面，通过水平位移台调节两个凹槽的相对间距，可在太赫兹频段内获得两个宽度可调的带阻滤波峰，并且滤波峰的峰值位置可以通过竖直位移台调节，以便在预想的频段上达到滤波效果。本发明不仅实现单双通道可调，而且具有较高的带阻滤波效果。

Description

金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器
技术领域
本发明涉及一种金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，是太赫兹应用的一种基本的功能器件，用于太赫兹应用仪器，太赫兹通讯等技术领域。
背景技术
太赫兹（THz）波是位于微波和远红外线之间的电磁波。近年来，随着超快激光技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，使人们能够研究太赫兹。太赫兹在生物医学、安全监测、无损伤探测、天文学、光谱与成像技术以及信息科学等领域有着广泛的应用。而太赫兹波段的开发和利用离不开太赫兹功能器件，太赫兹滤波器由于是太赫兹无线通信领域的重要器件，其发展一直备受重视。2008年，美国俄克拉荷马州立大学的D.Grischkowsky等在《光学快报》上报道了利用电化学腐蚀方法制备了光子晶体谐振腔结构，实现了从0.75～1.05THz的窄带可调谐滤波（Optics Letters，33,348,2008）。2010年，美国rice大学的Daniel M.Mittleman等利用金属平行平板波导谐振腔结构实现了单通道可调谐滤波器，滤波范围从0.2~0.35THz（Optics Letters，36,1452,2011）。2012年，俄克拉荷马州立大学的张伟力等又在《应用物理A》上报道了利用光刻方法制成U型结构谐振腔，实现了在0.5～0.9THz的单通道可调谐滤波器（Applied Physics A,107,285,2012）。但是，以上的方法都只涉及到单通道可调谐滤波，而对于双通道可调谐滤波并未涉及。
发明内容
本发明公开了一种金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，这种滤波器可以在太赫兹范围内最多可获得两个带阻滤波峰，或通过调节相关参数只实现这两个带阻滤波峰的频移，可用于频率可调双通道太赫兹滤波器件。
一种金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，包括滤波器A板、滤波器B板、滤波器支架、水平位移台、竖直位移台，其中：所述滤波器A板和滤波器B板的中心位置分别刻有凹槽，滤波器A板凹槽向下固接在滤波器支架上，滤波器B板凹槽向上分别与水平位移台和竖直位移台连接；滤波器A板与滤波器B板保持间距上、下平行放置，形成双通道可调滤波器，在低阶横电（TE1）模式下，电磁波的偏振方向与滤波器A板、滤波器B板平面平行，通过水平位移台调节两个凹槽的相对间距，可在太赫兹频段内获得两个宽度可调的带阻滤波峰，并且滤波峰的峰值位置可以通过竖直位移台调节滤波器A板与滤波器B板间距实现，以便在预想的频段上达到滤波效果。
所述的金属板材质为铝、铜、银、铁、镍中的一种。
所述的位移台由水平位移台和竖直位移台两部分，水平位移台控制滤波器A板与滤波器B板凹槽的水平相对位移L；竖直位移台控制滤波器A板与滤波器B板的间隙d。
所述的滤波器A板与滤波器B板形状、大小相同，长为20~200mm，宽为4~10mm，高为3~10mm，凹槽与金属板同长，宽为450~470μm，深为410~420μm。
所述滤波器A板与滤波器B板的间距为0.5~1mm，板间及凹槽内媒质为空气。
本发明在低阶横电（TE1）模式下，该滤波器可实现单双通道可调，并且具有较高的带阻滤波效果，该滤波器是通过调节滤波器B板上凹槽的相对间距使得停留在凹槽两内壁间的驻波发生变化，产生对称模和反对称模，实现滤波双通道可调。
本发明在太赫兹波段的低阶横电（TE1）模式下的特点如下：
1.结构简单，仅需两刻有凹槽的平行板即可实现滤波效果。
2.调节方便，通过位移台调节两个凹槽的相对间距以及两个金属板之间的间隙，获得可调谐两个带阻滤波峰，该滤波器可实现双通道可调，并且具有较高的带阻滤波效果。
3、通过调节两个槽间的相对距离，该滤波器可实现两个带阻滤波峰具有很窄的半高宽（均在14GHz内）。
4、通过调节两个槽间的相对距离，该滤波器还可同时实现两个带阻滤波峰具有几乎相同的带阻效果,且在这两个带阻滤波峰处的透射率均较低（均在8%内）。
5.通过调节两个平行板的间距可以弥补凹槽的尺寸制作容差，实现设计好的指定频率处的滤波。
因此本发明在结构简单，带阻滤波峰调节方便，出现的两个滤波峰半高宽和透射率几乎相同，可通过调节平板间距参数弥补容差等方面具有优势。
附图说明
图1为本发明金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器结构示意图；
图2为本发明单片滤波器B板结构示意图；
图3为本发明滤波器B板水平移动后的示意图。
d:滤波器A板与滤波器B板之间的距离，h:凹槽深度；L:滤波器B板位移距离；S:滤波器A板宽度；H:滤波器A板高度；W:凹槽宽度；Lm:滤波器A板长度。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，本发明并不局限于以下实例。
如图1所示：一种金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，它包括尺寸形状完全相同的滤波器A板和滤波器B板，滤波器支架、水平位移台、竖直位移台，滤波器A板和滤波器B板的中心位置上分别刻有一条凹槽，具体参数是：滤波器A板长Lm为185mm，滤波器A板宽度S为6mm，滤波器A板高度H为6mm，凹槽与滤波器A板同长，凹槽宽度w为465μm，凹槽深度h为415μm。所述滤波器A板与滤波器B板的距离d为0.65mm，板间及凹槽内媒质为空气。具体步骤如下：
1.先用机械加工的方法按尺寸加工出两块同等大小的铝板，然后用机械微加工的方法在板的中心位置加工上凹槽，如图2所示。
2.将滤波器A板凹槽向下固接在滤波器支架上，滤波器B板凹槽向上分别与水平位移台和竖直位移台连接，且两槽相对；滤波器A板与滤波器B板保持间距上、下平行放置，形成双通道可调滤波器。
3.打开TDS系统，将搭建好的可调滤波器放入到TDS系统中合适的位置，先调节竖直位移台，将两平行板间距调为650μm，如图1所示。
4.调节水平位移台改变两个凹槽的相对间距，可在太赫兹频段内获得两个宽度可调的带阻滤波峰，并且滤波峰的峰值位置可以通过竖直位移台调节滤波器A板与滤波器B板间距实现，以便在预想的频段上达到滤波效果。如图3所示。
采集数据：通过改变两个凹槽的相对间距，可以使停留在凹槽两内壁间的驻波发生变化，产生对称模和反对称模，实现滤波双通道可调。下表所示的是在空气中，入射太赫兹信号在低阶横电（TE1）模式下，经不同凹槽的相对间距双通道滤波器后，得到的峰值点所对应的频率点对照表。因此本发明实现了滤波双通道可调，是一种金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器。
凹槽的相对间距L 第一个滤波峰位置 第二个滤波峰位置
160μm 0.354THz 0.412THz
220μm 0.357THz 0.408THz
280μm 0.360THz 0.404THz

Claims (5)

1.一种金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，包括滤波器A板、滤波器B板、滤波器支架、水平位移台、竖直位移台，其特征在于：所述滤波器A板和滤波器B板的中心位置分别刻有凹槽，滤波器A板凹槽向下固接在滤波器支架上，滤波器B板凹槽向上分别与水平位移台和竖直位移台连接；滤波器A板与滤波器B板保持间距上、下平行放置，形成双通道可调滤波器，在低阶横电（TE1）模式下，电磁波的偏振方向与滤波器A板、滤波器B板平面平行，通过水平位移台调节两个凹槽的相对间距，可在太赫兹频段内获得两个宽度可调的带阻滤波峰，并且滤波峰的峰值位置可以通过竖直位移台调节滤波器A板与滤波器B板间距实现，以便在预想的频段上达到滤波效果。
2.根据权利要求1所述的金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，其特征在于：所述的金属板材质为铝、铜、银、铁、镍中的一种。
3.根据权利要求1所述的金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，其特征在于：所述的位移台由水平位移台和竖直位移台两部分，水平位移台控制滤波器A板与滤波器B板凹槽的水平相对位移L；竖直位移台控制滤波器A板与滤波器B板的间隙d。
4.根据权利要求1所述的金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，其特征在于：所述的滤波器A板与滤波器B板形状、大小相同，长为20~200mm，宽为4~10mm，高为3~10mm，凹槽与金属板同长，宽为450~470μm，深为410~420μm。
5.根据权利要求1所述的金属平板波导谐振腔结构的双通道可调谐太赫兹滤波器，其特征在于：所述滤波器A板与滤波器B板的间距为0.5~1mm，板间及凹槽内媒质为空气。
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