CN103592711A

CN103592711A - 周期性表面等离子体光栅型太赫兹滤波器

Info

Publication number: CN103592711A
Application number: CN201310566953.XA
Authority: CN
Inventors: 袁明辉; 赵堤; 刘顺顺; 黄鑫; 陈长英; 阎祖星; 殷越; 陈麟; 朱亦鸣
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明提供了表面等离子体光栅型太赫兹滤波器，包括具有中心通槽的金属光栅平板，金属光栅平板的上下两个表面对称设置有周期性凹槽。本发明的滤波器针对太赫兹波的频率特性，采用金属平板上下两面完全对称的周期性的凹槽陷波结构来实现滤波；同时，太赫兹波能够在金属表面以表面等离子（SP）波的形式传输，从而具有中心频率透射率高、能量损耗极小的优点；另外本发明的滤波器制作加工方便，成本低廉，调节方便。

Description

周期性表面等离子体光栅型太赫兹滤波器

技术领域

本发明主要涉及一种太赫兹滤波器，具体涉及一种周期性表面等离子体光栅型太赫兹滤波器。

背景技术

目前，太赫兹技术引起了人们的广泛关注，太赫兹是一种新型的、有很多独特优点的电磁波频段，而且太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查，以及宽带通信、微波定向等许多领域中有着广泛的应用。太赫兹滤波器则是太赫兹系统必不可少的核心基础部件之一，用于滤除不需要的频率范围和噪声。但是目前绝大多数类型的太赫兹滤波器都处于实验室研究阶段，距离实用还有一段距离。如光子晶体型太赫兹滤波器不可调节，并且损耗比较大；普通的光栅型太赫兹滤波器损耗大；量子阱型太赫兹滤波器的加工难度大，实现困难等。因此，缺乏实用型的高效滤波器成为了推广太赫兹技术应用的瓶颈之一，研制出高选择性、调节方便的太赫兹滤波器非常有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种周期性表面等离子体光栅型太赫兹滤波器，其能够克服上述现有太赫兹滤波器的某种或某些缺点。

根据本发明的周期性表面等离子体光栅型太赫兹滤波器，包括具有中心通槽的金属光栅平板，金属光栅平板的上下两个表面对称设置有周期性凹槽。

在本发明的一个具体实施例中，其中金属光栅平板的总厚度为t，凹槽的结构周期为p、深度为s、宽度为w，p=30μm-3000μm，t<1000μm，s/t=0.05-0.3，w/p=0.2-0.8；优选情况下，t<500μm，s/t=0.1-0.2，w/p=0.3-0.5。

在本发明的一个优选实施例中，金属光栅平板的材质为铝。

由于本发明的滤波器针对太赫兹波的频率特性，采用金属平板上下两面完全对称的周期性的凹槽陷波结构来实现滤波；同时，太赫兹波能够在金属表面以表面等离子（SP）波的形式传输，从而具有中心频率透射率高、能量损耗极小的优点；另外本发明的滤波器制作加工方便，成本低廉，调节方便。

附图说明

图1是根据本发明的太赫兹滤波器的金属光栅平板的整体结构示意图；

图2是根据本发明的太赫兹滤波器的金属光栅平板的剖面结构示意图；

图3是根据本发明的太赫兹滤波器的工作原理示意图；以及

图4是薄金属膜上下表面的表面等离子（SP）波耦合示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的周期性表面等离子体光栅型太赫兹滤波器。本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。

根据本发明的周期性表面等离子体光栅型太赫兹滤波器，其主要包括一个具有中心通槽的金属光栅平板，金属光栅平板的上下两面完全对称设置有周期性凹槽。适合于太赫兹波特定工作频段的金属光栅平板结构是通过控制双面金属光栅的表面凹槽深度、宽度、周期性和金属平板的厚度来改变金属表面的色散曲线来实现的。图1示出了根据本发明的太赫兹滤波器的金属光栅平板的整体结构示意图，图2示出了根据本发明的太赫兹滤波器的金属光栅平板的剖面结构示意图。其中L为金属光栅平板的宽度，t为金属光栅平板的总厚度，d为中心通槽的宽度，p为凹槽的结构周期，w为凹槽的宽度，s为凹槽的深度。为了满足工作频段和滤波特性的要求，其中，p=30μm-3000μm（对应于中心滤波频率），t<1000μm，s/t=0.05-0.3，w/p=0.2-0.8；优选情况下，t<500μm，s/t=0.1-0.2，w/p=0.3-0.5。在该优选情况下，本发明的太赫兹滤波器具有中心频率透射率高（大于95%）、能量损耗极小（滤波器本身损耗小于1%）的优点。

金属光栅平板的材质可以选用任意合适的金属和电介质材料，优选价格便宜且易于加工的铝材。

图3示出了根据本发明的周期性表面等离子体光栅型太赫兹滤波器的工作原理图，当太赫兹波垂直入射到金属平板结构的中心通槽时，上下表面等离子激元（SPPs）对称耦合，能量密度增强，在金属光栅的凹槽陷波结构中实现滤波，并最终在金属平板上贯通的中心通槽处出射。图4为薄金属膜上下表面的表面等离子激元（SPPs）耦合示意图，当金属膜厚度很小时，上下表面的SPPs产生了耦合（图4右侧），如果金属膜上下表面的结构对称SPPs将叠加增强（同相模式），而如果金属膜上下表面的结构非对称SPPs将相互抵消而减弱（反相模式）。

本发明的滤波器的金属光栅平板可以采用不同的加工工艺来实现，①机械加工：采用类似于早期的光栅加工方式，在防震台上用步进电机控制位移并采用机械方法刻出所需要的结构。②电化学腐蚀法加工：采用类似于集成电路腐蚀加工方式，先制作腐蚀掩膜版，在铝膜上涂光刻胶，紫外光通过掩膜版照射使得不需要腐蚀的地方的光刻胶凝固，然后清洗掉多余的光刻胶，用氯化钠或氢氟酸通过电化学腐蚀法加工所需要的结构。③镀膜法加工：直接采用镀膜机在聚丙烯基底上点镀加工形成所需要的结构。

本发明所提出的周期性表面等离子体光栅型结构的太赫兹滤波器，与传统的太赫兹滤波器相比，具有中心频率透射率高，制作加工方便、成本低廉、调节方便等优点。根据本发明的滤波器应用于太赫兹波段，扩大了太赫兹波领域的应用，为太赫兹滤波器的实用化提供了重要的技术支撑。

Claims

1.一种周期性表面等离子体光栅型太赫兹滤波器，包括具有中心通槽的金属光栅平板，金属光栅平板的上下两个表面对称设置有周期性凹槽。

2.根据权利要求1所述的太赫兹滤波器，其中金属光栅平板的总厚度为t，凹槽的结构周期为p、深度为s、宽度为w，p=30μm-3000μm，t<1000μm，s/t=0.05-0.3，w/p=0.2-0.8。

3.根据权利要求2所述的太赫兹滤波器，其中t<500μm，s/t=0.1-0.2，w/p=0.3-0.5。

4.根据权利要求1所述的太赫兹滤波器，其中金属光栅平板的材质为铝。