CN103149679A

CN103149679A - 一种双腔多滤波峰带通滤波器

Info

Publication number: CN103149679A
Application number: CN2013100984612A
Authority: CN
Inventors: 陈麟; 朱亦鸣; 徐嘉明; 高春梅
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2013-06-12

Abstract

一种双腔多滤波峰带通滤波器，包括：两个电介质组；一个位移台，包括水平位移台和竖直位移台；以及一个样品架。一层电介质层L和一层电介质层H排列组成一个LH电介质对a，电解质组包含复数个LH电介质对a以及一层缺陷层D，LH电介质对a依次排列，缺陷层D与最外面的电介质层H相邻排列，缺陷层D的折射率与电介质层L的折射率一致，缺陷层D的厚度为一层电介质层L的2倍，电介质层L和电介质层H的折射率不同，两个电介质组中的两个缺陷层D对向设置，中间间隔一定的空气层间隙G，两个电介质组固定在水平位移台上，水平位移台用于调节空气层间隙G的大小。

Description

一种双腔多滤波峰带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，具体涉及一种双腔多滤波峰带通滤波器。

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，从此使得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，太赫兹滤波器是太赫兹应用的一种基本的功能器件，也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（Opt. Lett.，33,348,2008）。2009年，基于二维介质的光子晶体太赫兹滤波得以实现。填充液晶等折射率可变材料，可以通过改变填充材料的折射率实现对滤波器的调谐。（J. Opt. Soc. AmB, 26(1),101,2009）。2012年，通过引入超材料(MetaMaterial)，得到了超高带宽、较高透射的导通滤波器。（Chin. Phys. Lett. 29(9)，094209，2012）

多个滤波峰比起只有一个滤波来说，更易于实现密集波分复用（MDWM）。随着太赫兹频段的通讯技术越来越趋于成熟，可以预见在不久的将来，太赫兹波段的通讯会有迅猛地发展。而多个滤波峰对于电磁波通讯来说，相当于开通了多个通讯信道。由于光源的频率调节能力有限，所以几个密集、对称、等间距的滤波峰能够极大地提高通信系统的性能。但是，以上所述的带通滤波器都只有一个谐振腔，因此无法产生多个滤波峰，只有一个单通道可调谐滤波，在电磁波通讯领域的应用因而受到了限制。

发明内容

为了解决以上问题，本发明公开了一种双腔多滤波峰带通滤波器，其构成仅仅需要两种不同折射率的电介质，并采用两个缺陷层构成双腔，从而在太赫兹范围内可以产生多个滤波峰。通过调节两个缺陷层之间的空气层间隙的厚度，改变滤波峰的峰间距从而调节产生的滤波峰的数量，可以实现波分复用，拓展了滤波峰在电磁波通讯领域的应用。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种由电介质H和电介质L以及两个缺陷层D组成的双腔多滤波峰带通滤波器，其特征在于，包括：

两个电介质组；

一个位移台，包括水平位移台和竖直位移台；以及

一个样品架，

其中，一层电介质层L和一层电介质层H排列组成一个LH电介质对，

电介质组包含复数个LH电介质对以及一层缺陷层D，LH电介质对依次排列，使得电介质层L和电介质层H交错排列，缺陷层D与最外面的电介质层H相邻排列，

缺陷层D的折射率与电介质层L的折射率一致，缺陷层D的厚度为一层电介质层L的2倍，

电介质层L和电介质层H的折射率不同，

两个电介质组中的两个缺陷层D对向设置，中间间隔一定的空气层间隙G，

两个电介质组固定在水平位移台上，

位移台固定在样品架上，

水平位移台用于调节空气层间隙G的大小。

进一步，本发明的双腔多滤波峰带通滤波器，还可以具有这样的特征：其中，所述LH电介质对个数在2-10。

另外，本发明的双腔多滤波峰带通滤波器，还可以具有这样的特征：

电介质层L的厚度x_L为：

，c为光速，v为滤波器的中心频率，n_L为电介质层L的折射率，电介质层H的厚度x_H为：

，n_H为电介质层H的折射率。

发明的作用与效果

本发明涉及的双腔多滤波峰带通滤波器，结构简单，取材广泛，易于加工，两种不同折射率的电介质可以为塑料、建筑材料或各种晶体和非晶体。

本发明涉及的双腔多滤波峰带通滤波器，通过采用两个缺陷层构成双腔，在低阶电磁波模式下，太赫兹波在两个缺陷层中以各种模式共振耦合，最后形成多个滤波频率和多个滤波峰。通过调节两个缺陷层之间的空气层间隙的厚度，改变滤波峰的峰间距从而调节产生的滤波峰的数量，最终实现多个密集、对称、等间距的滤波峰，可以实现等间隔滤波峰进行波分复用。

附图说明

图1为本发明的一种双腔多滤波峰带通滤波器结构示意图；

图2为本发明的一种双腔多滤波峰带通滤波器的实验装置图；

图3 为实施例中采用不同空气隙G厚度时的滤波效果图。

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。

在本实施例中，电介质H与电介质L分别为Si和SiO₂。

图1为本发明的一种双腔多滤波峰带通滤波器结构示意图。

先用机械加工的方法加工多个（3cm×3cm）相同厚度的Si片，再通过沉积法使一层电介质层L（SiO₂）附于一层所介质层H（Si）片上，组成一个LH电介质对a（SiO₂Si），最后用夹子将每5片组合成一个电介质组1。

如图1所示，电介质组1包含数个LH电介质对a（SiO₂Si）以及一层缺陷层D。电介质组1中含有的LH电介质对的数量为周期数，当周期数过小时，光子晶体的周期性也变小，由于光子晶体的周期性不明显，缺陷层对于光子晶体的周期性的破坏也会较轻微，因此无法形成足够的周期性破缺。从而在光子晶体带隙中形成的峰不尖锐，导致半高宽宽，品质因素低，因此影响滤波性能。而当周期数过大时，过大的周期数会使光子晶体厚度变厚。在这种情况下，由于光子晶体每层结构都会对电磁波有吸收，所以光子晶体滤波峰的透射率会变低。因此，必须同时考虑品质因素和透射率，选取合适的周期数。电介质的折射率差别很大，一般周期数设置在在2-10，在本实施例中，周期数为5。

5个LH电介质对a（SiO₂Si）依次排列，使得电介质层L（SiO₂）和电介质层H（Si）交错排列，缺陷层D与最外面的电介质层H相邻排列。缺陷层D的折射率与电介质层L（SiO₂）的折射率一致，厚度为一层电介质层L（SiO₂）的2倍。电介质层L（SiO₂）的折射率为1.50，厚度为100μm，电介质层H（Si）的折射率为3.4，厚度为44.12μm，因此缺陷层D（SiO₂）的折射率为1.5，厚度为200μm。

两个电介质组1中的两个缺陷层D相对排列，中间间隔一定的空气层间隙G，在本实施例中，空气间隙G的厚度定为150 μm 的整数倍。

图2为双腔多滤波峰带通滤波器的实验装置图。

如图2所示，将两个电介质组1固定在水平位移台2上，两个电介质组保持左右水平放置。通过调节水平位移台上的螺旋测微器3，可以控制两个电介质组1之间的空气间隙G的大小。

打开TDS系统，将搭建好的可调滤波器放入到太赫兹时域光谱（TDS）系统中合适的位置，先调节竖直位移台4，使得入射的电磁波能正好垂直穿过两个电介质组1的中心。将两电介质组1之间的空气间隙调节为150μm。

设定滤波峰中心频率为 0.5 THz，TDS系统里的太赫兹源发出的电磁波垂直穿过两个电介质组的中心，继而被探测器接收。通过螺旋测微器调节水平位移台，依次改变滤波器空气隙的厚度为300、600、1200、1500 μm，采集数据。图3为实施例中采用不同空气隙G厚度时的滤波效果图。如图3所示，从上到下依次为：空气隙的厚度分别为300、600、1200、1500 μm时的透射率曲线，可以看到在光子晶体带隙中形成了多个滤波峰，这些峰对称且等间隔地分布在中心频率的周围。这些滤波峰的透射率和品质因素都达到了很高的水平。随着空气隙的不断增大，峰间距不断的缩小，因此在光子晶体带隙中滤波峰的数量也相应地增加了。但中心频率和对应的滤波峰的各种性能指标并没有显著变化。

实施例的作用与效果

本实施例涉及的双腔多滤波峰带通滤波器，结构简单，采用了SiO₂和Si这两种不同折射率的电介质。

本实施例涉及的双腔多滤波峰带通滤波器，通过采用两个缺陷层D构成了双腔，在低阶电磁波模式下，经太赫兹源发出的太赫兹波在两个缺陷层D中以各种模式共振耦合，最后形成多个滤波频率和多个滤波峰。通过调节两个缺陷层之间的空气层间隙的厚度，改变滤波峰的峰间距从而调节产生的滤波峰的数量，这些峰都对称且等间隔地分布在中心频率的周围。随着空气隙的不断增大，滤波峰的峰间距不断的缩小，因此在光子晶体带隙中滤波峰的数量也相应地增加了，但中心频率和对应的滤波峰的各种性能指标并没有显著变化。本实施例中最终实现的多个滤波峰具有密集、对称、等间距的特点。

Claims

1.一种由电介质H和电介质L以及两个缺陷层D组成的双腔多滤波峰带通滤波器，其特征在于，包括：

两个电介质组；

一个位移台，包括水平位移台和竖直位移台；以及

一个样品架，

其中，一层所述电介质层L和一层所述电介质层H排列组成一个LH电介质对，

所述电介质组包含复数个所述LH电介质对以及一层缺陷层D，所述LH电介质对依次排列，使得所述电介质层L和所述电介质层H交错排列，所述缺陷层D与最外面的所述电介质层H相邻排列，

所述缺陷层D的折射率与所述电介质层L的折射率一致，所述缺陷层D的厚度为一层所述电介质层L的2倍，

所述电介质层L和所述电介质层H的折射率不同，

所述两个电介质组中的两个所述缺陷层D对向设置，中间间隔一定的空气层间隙G，

所述两个电介质组固定在所述水平位移台上，

所述位移台固定在所述样品架上，

所述水平位移台用于调节所述空气层间隙G的大小。

2.根据权利要求1所述的双腔多滤波峰带通滤波器，其特征在于：

其中，所述LH电介质对个数在2-10。

3.根据权利要求1所述的双腔多滤波峰带通滤波器，其特征在于：

所述电介质层L的厚度x_L为：

，c为光速，v为滤波器的中心频率，n_L为所述电介质层L的折射率，所述电介质层H的厚度x_H为：

，n_H为所述电介质层H的折射率。