CN105870551B - 基于多种介质柱的太赫兹波滤波器 - Google Patents

基于多种介质柱的太赫兹波滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多种介质柱的太赫兹波滤波器，它包括介质平板、第一介质柱阵列、第二介质柱阵列、第三介质柱阵列、第四介质柱阵列、第五介质柱阵列、第六介质柱阵列、第七介质柱阵列、第八介质柱阵列、第九介质柱阵列、第十介质柱阵列、第十一介质柱阵列、第十二介质柱阵列、第一矩形介质柱、第二矩形介质柱、第三矩形介质柱、信号输入端、信号输出端，太赫兹波从信号输入端输入，特定频率太赫兹波能从信号输出端输出，实现滤波功能。本发明具有结构简单、滤波性能高，尺寸小，成本低、易于集成等优点。

Description

基于多种介质柱的太赫兹波滤波器
技术领域
本发明涉及太赫兹波滤波器，尤其涉及一种基于多种介质柱的太赫兹波滤波器。
背景技术
近年来，在电磁波谱上介于发展已相当成熟的毫米波和红外光之间的太赫兹波无疑是一个崭新的研究领域。太赫兹波频率0.1～10THz，波长为30μm～3mm。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测方法，与传统的微波技术和光学技术相比较，人们对该波段电磁辐射性质的了解甚少，以至于该波段成为了电磁波谱中的太赫兹空隙。随着太赫兹辐射源和探测技术的突破，太赫兹独特的优越特性被发现并在材料科学、气体探测、生物和医学检测、通信等方面展示出巨大的应用前景。可以说太赫兹技术科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题，又是新一代信息产业以及基础科学发展的重大需求。高效的太赫兹辐射源和成熟的检测技术是推动太赫兹技术科学发展和应用的首要条件，但太赫兹技术的广泛应用离不开满足不同应用领域要求的实用化功能器件的支撑。在太赫兹通信、多谱成像、物理、化学等众多应用系统中，对太赫兹波导、开关、偏振分束器、滤波及功分等功能器件的需求是迫切的。
太赫兹波滤波器是一类重要的太赫兹波功能器件，近年来太赫兹波滤波器已成为国内外研究的热点和难点。然而现有的太赫兹波滤波器大都存在着结构复杂、滤波性能低、成本高等诸多缺点，所以研究结构简单、成本低、尺寸小的太赫兹波滤波器意义重大。
发明内容
本发明为了克服现有技术不足，提供一种结构简单、滤波性能高的基于多种介质柱的太赫兹波滤波器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于多种介质柱的太赫兹波滤波器，包括介质平板、第一介质柱阵列、第二介质柱阵列、第三介质柱阵列、第四介质柱阵列、第五介质柱阵列、第六介质柱阵列、第七介质柱阵列、第八介质柱阵列、第九介质柱阵列、第十介质柱阵列、第十一介质柱阵列、第十二介质柱阵列、第一矩形介质柱、第二矩形介质柱、第三矩形介质柱、信号输入端、信号输出端；介质平板中设有第一介质柱阵列、第二介质柱阵列、第三介质柱阵列、第四介质柱阵列、第五介质柱阵列、第六介质柱阵列、第七介质柱阵列、第八介质柱阵列、第九介质柱阵列、第十介质柱阵列、第十一介质柱阵列、第十二介质柱阵列、第一矩形介质柱、第二矩形介质柱、第三矩形介质柱，第一介质柱阵列、第二介质柱阵列、第三介质柱阵列、第四介质柱阵列、第五介质柱阵列、第六介质柱阵列均由两个相同的矩形介质柱上下排列组成，第七介质柱阵列、第八介质柱阵列、第九介质柱阵列、第十介质柱阵列、第十一介质柱阵列、第十二介质柱阵列均由两排介质柱组成，每排介质柱均由五个正方形介质柱和四个圆形介质柱自左到右交错排列组成，第一介质柱阵列、第七介质柱阵列、第一矩形介质柱、第十一介质柱阵列、第六介质柱阵列在介质平板的上侧自左到右顺次排列，第七介质柱阵列和第十一介质柱阵列通过第一矩形介质柱相连接，第二介质柱阵列、第八介质柱阵列、第二矩形介质柱、第十二介质柱阵列、第五介质柱阵列在介质平板的中部自左到右顺次排列，第八介质柱阵列和第十二介质柱阵列通过第二矩形介质柱相连接，第三介质柱阵列、第九介质柱阵列、第三矩形介质柱、第十介质柱阵列、第四介质柱阵列在介质平板的下侧自左到右顺次排列，第九介质柱阵列和第十介质柱阵列通过第三矩形介质柱相连接，第二介质柱阵列的左侧中部设有信号输入端，第五介质柱阵列的右侧中部设有信号输出端；太赫兹波从信号输入端输入，特定频率太赫兹波能从信号输出端输出，实现滤波功能。
上述技术方案可采用如下优选方式：
所述的介质平板的材料为折射率为1.63的聚合物，介质平板中所有介质柱的材料为硅，折射率为3.4。所述的第一介质柱阵列、第二介质柱阵列、第三介质柱阵列、第四介质柱阵列、第五介质柱阵列、第六介质柱阵列中矩形介质柱的长度均为98～102μm，宽度均为19～21μm，介质柱中心之间的距离为9～11μm。所述的第七介质柱阵列、第八介质柱阵列、第九介质柱阵列、第十介质柱阵列、第十一介质柱阵列、第十二介质柱阵列中正方形介质柱的边长为19～21μm，圆形介质柱的半径为9～11μm，相邻介质柱中心之间的距离为39～41μm。所述的第一矩形介质柱、第二矩形介质柱、第三矩形介质柱的长度均为39～41μm，宽度均为15～17μm。
本发明的基于多种介质柱的太赫兹波滤波器具有结构简单紧凑，，尺寸小，体积小，便于制作等优点，满足在太赫兹波成像、医学诊断、太赫兹波通信等领域应用的要求。
附图说明
图1是基于多种介质柱的太赫兹波滤波器的二维结构示意图；
图2是基于多种介质柱的太赫兹波滤波器信号输出端输出功率图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于多种介质柱的太赫兹波滤波器，包括介质平板18、第一介质柱阵列1、第二介质柱阵列2、第三介质柱阵列3、第四介质柱阵列4、第五介质柱阵列5、第六介质柱阵列6、第七介质柱阵列7、第八介质柱阵列8、第九介质柱阵列9、第十介质柱阵列10、第十一介质柱阵列11、第十二介质柱阵列12、第一矩形介质柱13、第二矩形介质柱14、第三矩形介质柱15、信号输入端16、信号输出端17；介质平板18中设有第一介质柱阵列1、第二介质柱阵列2、第三介质柱阵列3、第四介质柱阵列4、第五介质柱阵列5、第六介质柱阵列6、第七介质柱阵列7、第八介质柱阵列8、第九介质柱阵列9、第十介质柱阵列10、第十一介质柱阵列11、第十二介质柱阵列12、第一矩形介质柱13、第二矩形介质柱14、第三矩形介质柱15，第一介质柱阵列1、第二介质柱阵列2、第三介质柱阵列3、第四介质柱阵列4、第五介质柱阵列5、第六介质柱阵列6均由两个相同的矩形介质柱上下排列组成，第七介质柱阵列7、第八介质柱阵列8、第九介质柱阵列9、第十介质柱阵列10、第十一介质柱阵列11、第十二介质柱阵列12均由两排介质柱组成，每排介质柱均由五个正方形介质柱和四个圆形介质柱自左到右交错排列组成，两端均为正方形介质柱，中间由两种介质柱交错排布。第一介质柱阵列1、第七介质柱阵列7、第一矩形介质柱13、第十一介质柱阵列11、第六介质柱阵列6在介质平板18的上侧自左到右顺次排列，第七介质柱阵列7和第十一介质柱阵列11通过第一矩形介质柱13相连接，第二介质柱阵列2、第八介质柱阵列8、第二矩形介质柱14、第十二介质柱阵列12、第五介质柱阵列5在介质平板18的中部自左到右顺次排列，第八介质柱阵列8和第十二介质柱阵列12通过第二矩形介质柱14相连接，第三介质柱阵列3、第九介质柱阵列9、第三矩形介质柱15、第十介质柱阵列10、第四介质柱阵列4在介质平板18的下侧自左到右顺次排列，第九介质柱阵列9和第十介质柱阵列10通过第三矩形介质柱15相连接，第二介质柱阵列2的左侧中部设有信号输入端16，第五介质柱阵列5的右侧中部设有信号输出端17；太赫兹波从信号输入端16输入，特定频率太赫兹波能从信号输出端17输出，实现滤波功能。
所述的介质平板18的材料为折射率为1.63的聚合物，介质平板18中所有介质柱的材料为硅，折射率为3.4。所述的第一介质柱阵列1、第二介质柱阵列2、第三介质柱阵列3、第四介质柱阵列4、第五介质柱阵列5、第六介质柱阵列6中矩形介质柱的长度均为98～102μm，宽度均为19～21μm，介质柱中心之间的距离为9～11μm。所述的第七介质柱阵列7、第八介质柱阵列8、第九介质柱阵列9、第十介质柱阵列10、第十一介质柱阵列11、第十二介质柱阵列12中正方形介质柱的边长为19～21μm，圆形介质柱的半径为9～11μm，相邻介质柱中心之间的距离为39～41μm。所述的第一矩形介质柱13、第二矩形介质柱14、第三矩形介质柱15的长度均为39～41μm，宽度均为15～17μm。
实施例1
本实施例中，太赫兹波滤波器的结构亦如前所述(图1)，具体结构在此不再赘叙。太赫兹波滤波器的结构参数具体为：介质平板的材料为折射率为1.63的聚合物，介质平板中所有介质柱的材料为硅，折射率为3.4。第一介质柱阵列、第二介质柱阵列、第三介质柱阵列、第四介质柱阵列、第五介质柱阵列、第六介质柱阵列中矩形介质柱的长度均为99μm，宽度均为20μm，上下相邻两个矩形介质柱中心之间的距离为10μm。所述的第七介质柱阵列、第八介质柱阵列、第九介质柱阵列、第十介质柱阵列、第十一介质柱阵列、第十二介质柱阵列中正方形介质柱的边长为20μm，圆形介质柱的半径为10μm，上下相邻两个圆形介质柱中心之间的距离为40μm。所述的第一矩形介质柱、第二矩形介质柱、第三矩形介质柱的长度均为40μm，宽度均为16μm。图2为基于多种介质柱的太赫兹波滤波器信号输出端输出功率图，由图可知，输入太赫兹波为f＝1.93THz时，信号输出端输出功率最大，输出功率为89.5％。

Claims (5)

1.一种基于多种介质柱的太赫兹波滤波器，其特征在于：包括介质平板（18）、第一介质柱阵列（1）、第二介质柱阵列（2）、第三介质柱阵列（3）、第四介质柱阵列（4）、第五介质柱阵列（5）、第六介质柱阵列（6）、第七介质柱阵列（7）、第八介质柱阵列（8）、第九介质柱阵列（9）、第十介质柱阵列（10）、第十一介质柱阵列（11）、第十二介质柱阵列（12）、第一矩形介质柱（13）、第二矩形介质柱（14）、第三矩形介质柱（15）、信号输入端（16）、信号输出端（17）；介质平板（18）中设有第一介质柱阵列（1）、第二介质柱阵列（2）、第三介质柱阵列（3）、第四介质柱阵列（4）、第五介质柱阵列（5）、第六介质柱阵列（6）、第七介质柱阵列（7）、第八介质柱阵列（8）、第九介质柱阵列（9）、第十介质柱阵列（10）、第十一介质柱阵列（11）、第十二介质柱阵列（12）、第一矩形介质柱（13）、第二矩形介质柱（14）、第三矩形介质柱（15），第一介质柱阵列（1）、第二介质柱阵列（2）、第三介质柱阵列（3）、第四介质柱阵列（4）、第五介质柱阵列（5）、第六介质柱阵列（6）均由两个相同的矩形介质柱上下排列组成，第七介质柱阵列（7）、第八介质柱阵列（8）、第九介质柱阵列（9）、第十介质柱阵列（10）、第十一介质柱阵列（11）、第十二介质柱阵列（12）均由两排介质柱组成，每排介质柱均由五个正方形介质柱和四个圆形介质柱自左到右交错排列组成，第一介质柱阵列（1）、第七介质柱阵列（7）、第一矩形介质柱（13）、第十一介质柱阵列（11）、第六介质柱阵列（6）在介质平板（18）的上侧自左到右顺次排列，第七介质柱阵列（7）和第十一介质柱阵列（11）通过第一矩形介质柱（13）相连接，第二介质柱阵列（2）、第八介质柱阵列（8）、第二矩形介质柱（14）、第十二介质柱阵列（12）、第五介质柱阵列（5）在介质平板（18）的中部自左到右顺次排列，第八介质柱阵列（8）和第十二介质柱阵列（12）通过第二矩形介质柱（14）相连接，第三介质柱阵列（3）、第九介质柱阵列（9）、第三矩形介质柱（15）、第十介质柱阵列（10）、第四介质柱阵列（4）在介质平板（18）的下侧自左到右顺次排列，第九介质柱阵列（9）和第十介质柱阵列（10）通过第三矩形介质柱（15）相连接，第二介质柱阵列（2）的左侧中部设有信号输入端（16），第五介质柱阵列（5）的右侧中部设有信号输出端（17）；太赫兹波从信号输入端（16）输入，特定频率太赫兹波能从信号输出端（17）输出，实现滤波功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于多种介质柱的太赫兹波滤波器，其特征在于：所述的介质平板（18）的材料为折射率为1.63的聚合物，介质平板（18）中所有介质柱的材料为硅，折射率为3.4。
3.根据权利要求1所述的一种基于多种介质柱的太赫兹波滤波器，其特征在于：所述的第一介质柱阵列（1）、第二介质柱阵列（2）、第三介质柱阵列（3）、第四介质柱阵列（4）、第五介质柱阵列（5）、第六介质柱阵列（6）中矩形介质柱的长度均为98~102μm，宽度均为19~21μm，每个介质柱阵列中相邻介质柱中心之间的距离为9~11μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于多种介质柱的太赫兹波滤波器，其特征在于：所述的第七介质柱阵列（7）、第八介质柱阵列（8）、第九介质柱阵列（9）、第十介质柱阵列（10）、第十一介质柱阵列（11）、第十二介质柱阵列（12）中正方形介质柱的边长为19~21μm，圆形介质柱的半径为9~11μm，每个介质柱阵列中相邻介质柱中心之间的距离为39~41μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于多种介质柱的太赫兹波滤波器，其特征在于：所述的第一矩形介质柱（13）、第二矩形介质柱（14）、第三矩形介质柱（15）的长度均为39~41μm，宽度均为15~17μm。
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