CN112002967A - 一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器 - Google Patents

一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器 Download PDF

Info

Publication number
CN112002967A
CN112002967A CN202010700024.3A CN202010700024A CN112002967A CN 112002967 A CN112002967 A CN 112002967A CN 202010700024 A CN202010700024 A CN 202010700024A CN 112002967 A CN112002967 A CN 112002967A
Authority
CN
China
Prior art keywords
open square
square groove
terahertz
symmetric
metal pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010700024.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112002967B (zh
Inventor
潘武
李燚
沈涛
张雪雯
杨力豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University of Post and Telecommunications
Original Assignee
Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University of Post and Telecommunications filed Critical Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority to CN202010700024.3A priority Critical patent/CN112002967B/zh
Publication of CN112002967A publication Critical patent/CN112002967A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112002967B publication Critical patent/CN112002967B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/2002—Dielectric waveguide filters

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明请求保护一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器，其包括若干个呈周期性排列的“背对称开口方槽”型矩形周期单元，矩形周期单元由超材料结构构成，该矩形周期单元共有两层，由上至下分别是金属图案层、介质基底层，所述金属图案层的图案为背对称的两个开口方槽，金属图案层由与基底大小相同的金属板挖去背对称的两个开口方环形成背对称的开口方槽构成，每个开口方槽中间位置处设置有竖直金属条以将开口方槽均分成两半，开口位置位于开口方槽外侧中间位置处。

Description

一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器
技术领域
本发明属于太赫兹低通角度滤波器技术，具体而言，是一种“背对称开口方槽”型结构的低通型太赫兹角度滤波器。
背景技术
“太赫兹”(THz)指的是频率在0.1～10THz范围内的电磁波，其介于技术相对成熟的微波频段与红外波频段之间。太赫兹波具有以下主要特性：①瞬态性：脉冲的典型脉宽在皮秒量级；②宽带性：单个脉冲频带可以覆盖GHz至几十Thz 的范围；③低能性：光子能量只有毫电子伏特；④高穿透性：对很多非极性物质有很强的穿透力。由于这些特性，太赫兹在太赫兹通信、太赫兹成像、太赫兹雷达以及无损检测、安检等方面具有广阔的应用前景。
太赫兹角度滤波器是一类重要的太赫兹无源器件，它通过只允许某种沿特定方向传播的太赫兹波束透过而滤除其他方向传播波束，实现对不同传播方向太赫兹波的透射或反射的控制。角度滤波器按照滤除角度范围的不同可以分为低通、带通、高通三种类型。其中低通角度滤波器仅可以透过正(垂直)入射电磁波；带通角度滤波器仅可以透过0°到90°内(不包含)某一角度范围入射的电磁波；高通角度滤波器仅可以透过某一角度到90°范围入射的电磁波。目前的太赫兹角度滤波器主要是利用光子晶体的色散效应实现对不同角度入射波的选择作用，但是光子晶体本身结构特性，不可避免的存在对太赫兹波透射率低以及难以加工的问题，使得现有的角度滤波器在滤波角处的透射率低，难以加工。因此有必要设计出一种结构简单、滤波角处透射率高且具有较好的角度选择特性的太赫兹角度滤波器来满足其在角度波谱的分析、隐私保护、高信噪比检测器等方面的需求。
传统物质材料与太赫兹波的相互作用较弱，这给实现太赫兹波段内的功能器件带来了很大的困难。超材料由于其灵活多变的结构设计可以实现许多意想不到的物理现象，包括负折射率、慢光效应等，为太赫兹角度滤波器的研究开辟了新道路。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种结构简单、滤波角处透射率高、角度选择性好的“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器。本发明的技术方案如下：
一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器，其包括若干个呈周期性排列的“背对称开口方槽”型矩形周期单元，矩形周期单元由超材料结构构成，该矩形周期单元共有两层，由上至下分别是金属图案层(1)、介质基底层 (2)，所述金属图案层(1)的图案为背对称的两个开口方槽，金属图案层(1) 由与基底大小相同的金属板挖去背对称的两个开口方环形成背对称的开口方槽构成，每个开口方槽中间位置处设置有竖直金属条以将开口方槽均分成两半，金属图案层(1)的作用是在斜入射波情况下，使得空气与结构阻抗失配，从而增加对斜入射太赫兹波的反射，介质基底层(2)的作用是支撑金属图案层(1)，开口位置位于开口方槽外侧中间位置处，当入射太赫兹波沿-z方向垂直入射到超材料结构的太赫兹角度滤波器时，由于超材料结构的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，垂直入射波具有较高的透射率；当太赫兹波倾斜入射到结构上时，入射波的磁场在垂直于结构表面的方向上的分量激发的磁谐振与电谐振实现了对斜入射太赫兹波的高反射。
进一步的，所述介质基底层(2)材料为聚酰亚胺、烧融石英、硅中的一种，所述介质基底层的介电常数为2.5～3.75，损耗正切为0.0027～0.30，其厚度为 10～100μm，所述介质基底层(2)周期长度均为230～300μm。
进一步的，所述的金属图案层(1)的材料为金、银、铜中的一种，厚度为 0.05～0.5μm。
进一步的，所述金属图案层(1)的开口方槽边长长宽均为85～100μm，方槽宽度为10～30μm，槽开口宽度为10～25μm，方槽中间的槽宽为5～15μm，左右槽之间的间隙宽度为0.1～10μm。
进一步的，0.53THz处的滤波角为0°，3dB角域带宽为19.6°，正入射透射率达到85.6％。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明与同性能太赫兹低通角度滤波器相比，结构更加简单，加工可行性得到提高。
2、由于超材料可以通过设计表面结构使得空气与结构表面实现阻抗匹配，使得该太赫兹低通角度滤波器在正入射时的透射率更高，且具有较好的角度选择特性。
本发明结构简单、实施方便、设计巧妙，具有突出的实用性特征和显著进步，适合大规模推广应用。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例“背对称开口方槽”型太赫兹低通角度滤波器4×4阵列结构三维示意图；
图2为“背对称开口方槽”型太赫兹低通角度滤波器基本组成单元结构的正向示意图；
图3为“背对称开口方槽”型太赫兹低通角度滤波器的侧向示意图；
图4为“背对称开口方槽”型太赫兹低通角度滤波器的工作角域带宽(即透射率下降0.707的角度宽度)及透射率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
本发明提供的一种“背对称开口方槽”型太赫兹低通角度滤波器，其结构如图1～3所示，由单元结构周期性排列而成。
所述的单元结构为双层结构，从上至下依次为金属图案层1，介质层2。
所述的金属图案层1为与基底大小相同的金属板挖去背对称的两个开口方环形成背对称的开口方槽构成。图2、3中深色处即为金属图案层，金属图案层紧贴在介质层表面。
所述的单元结构为正方形，其周期边长为250μm。
所述的介质基底层，材料为聚酰亚胺，介电常数为3.5，损耗正切为0.0027，其厚度为50.0μm。
所述的金属图案层，是厚度为0.2μm，电导率为4.561×107S/m的金层。
所述的金属图案层，如图2所示，具体尺寸为：d1＝2μm，d2＝10μm，l＝92μm， w＝20μm，s＝20μm。
当入射太赫兹波沿-z方向垂直入射到超材料结构的太赫兹角度滤波器时，由于超材料结构的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，垂直入射波具有较高的透射率；当太赫兹波倾斜入射到结构上时，入射波的磁场在垂直于结构表面的方向上的分量激发的磁谐振与电谐振实现了对斜入射太赫兹波的高反射。
0.53THz处的滤波角为0°，3dB角域带宽为19.6°，正入射透射率达到85.6％。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器，其特征在于，包括若干个呈周期性排列的“背对称开口方槽”型矩形周期单元，矩形周期单元由超材料结构构成，该矩形周期单元共有两层，由上至下分别是金属图案层(1)、介质基底层(2)，所述金属图案层(1)的图案为背对称的两个开口方槽，金属图案层(1)由与基底大小相同的金属板挖去背对称的两个开口方环形成背对称的开口方槽构成，每个开口方槽中间位置处设置有竖直金属条以将开口方槽均分成两半，金属图案层(1)的作用是增加对斜入射太赫兹波的反射，介质基底层(2)的作用是支撑金属图案层(1)，开口位置位于开口方槽外侧中间位置处，当入射太赫兹波沿-z方向垂直入射到超材料结构的太赫兹角度滤波器时，由于超材料结构的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，垂直入射波具有较高的透射率；当太赫兹波倾斜入射到结构上时，入射波的磁场在垂直于结构表面的方向上的分量激发的磁谐振与电谐振实现了对斜入射太赫兹波的高反射。
2.根据权利要求1所述的一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器，其特征在于，所述介质基底层(2)材料为聚酰亚胺、烧融石英、硅中的一种，所述介质基底层的介电常数为2.5～3.75，损耗正切为0.0027～0.30，其厚度为10～100μm，所述介质基底层(2)的周期长度为230～300μm。
3.根据权利要求1所述的一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器，其特征在于，所述的金属图案层(1)的材料为金、银、铜中的一种，厚度为0.05～0.5μm。
4.根据权利要求1所述的一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器，其特征在于，所述金属图案层(1)的开口方槽边长长宽均为85～100μm，方槽宽度为10～30μm，槽开口宽度为10～25μm，方槽中间的槽宽为5～15μm，左右槽之间的间隙宽度为0.1～10μm。
5.根据权利要求1所述的一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器，其特征在于，0.53THz处的滤波角为0°，3dB角域带宽为19.6°，正入射透射率达到85.6％。
CN202010700024.3A 2020-07-20 2020-07-20 一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器 Active CN112002967B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010700024.3A CN112002967B (zh) 2020-07-20 2020-07-20 一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010700024.3A CN112002967B (zh) 2020-07-20 2020-07-20 一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112002967A true CN112002967A (zh) 2020-11-27
CN112002967B CN112002967B (zh) 2021-09-10

Family

ID=73467061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010700024.3A Active CN112002967B (zh) 2020-07-20 2020-07-20 一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112002967B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113113775A (zh) * 2021-03-25 2021-07-13 重庆邮电大学 应用于6g系统的基于双线型超材料结构的太赫兹分波器
CN113410595A (zh) * 2021-03-25 2021-09-17 重庆邮电大学 一种“方环-四开口环”型的太赫兹低通角度滤波器
CN113594707A (zh) * 2021-07-23 2021-11-02 浙江大学 一种基于折纸超材料的可调谐太赫兹滤波器

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008121159A2 (en) * 2006-10-19 2008-10-09 Los Alamos National Security Llc Active terahertz metamaterial devices
CN103181025A (zh) * 2010-04-12 2013-06-26 塔夫茨大学 丝电子部件
JP5563537B2 (ja) * 2011-09-20 2014-07-30 三菱電線工業株式会社 アンテナ
CN104103882A (zh) * 2014-07-15 2014-10-15 电子科技大学 一种太赫兹介质填充金属槽波导
CN104538721A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 清华大学 一种基于金属结构lc谐振器的超材料谐振子及其应用
CN106299680A (zh) * 2015-06-12 2017-01-04 联想(北京)有限公司 一种电磁带隙结构件、电磁带隙结构接地板和天线
CN107910627A (zh) * 2017-10-27 2018-04-13 重庆邮电大学 H面裂缝波导太赫兹定向耦合器
US20190006730A1 (en) * 2016-09-19 2019-01-03 Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force Tunable Resonant Devices on Active Substrates
CN109193169A (zh) * 2018-05-17 2019-01-11 重庆邮电大学 一种基于开口谐振环的太赫兹极化转换器
CN109301491A (zh) * 2018-09-17 2019-02-01 深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司 超材料结构与超材料微波谐振器
CN208478575U (zh) * 2018-07-25 2019-02-05 深圳市华讯方舟雷达技术装备有限公司 基于频选结构的极化器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008121159A2 (en) * 2006-10-19 2008-10-09 Los Alamos National Security Llc Active terahertz metamaterial devices
CN103181025A (zh) * 2010-04-12 2013-06-26 塔夫茨大学 丝电子部件
JP5563537B2 (ja) * 2011-09-20 2014-07-30 三菱電線工業株式会社 アンテナ
CN104103882A (zh) * 2014-07-15 2014-10-15 电子科技大学 一种太赫兹介质填充金属槽波导
CN104538721A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 清华大学 一种基于金属结构lc谐振器的超材料谐振子及其应用
CN106299680A (zh) * 2015-06-12 2017-01-04 联想(北京)有限公司 一种电磁带隙结构件、电磁带隙结构接地板和天线
US20190006730A1 (en) * 2016-09-19 2019-01-03 Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force Tunable Resonant Devices on Active Substrates
CN107910627A (zh) * 2017-10-27 2018-04-13 重庆邮电大学 H面裂缝波导太赫兹定向耦合器
CN109193169A (zh) * 2018-05-17 2019-01-11 重庆邮电大学 一种基于开口谐振环的太赫兹极化转换器
CN208478575U (zh) * 2018-07-25 2019-02-05 深圳市华讯方舟雷达技术装备有限公司 基于频选结构的极化器
CN109301491A (zh) * 2018-09-17 2019-02-01 深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司 超材料结构与超材料微波谐振器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PENGYU MA等: ""Synthesis Design of Wideband High-Selectivity HTS Filter by Cascading Dual-Mode Resonators"", 《IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY》 *
米洋等: ""方形半环半槽双频带太赫兹滤波器的设计研究"", 《低温物理学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113113775A (zh) * 2021-03-25 2021-07-13 重庆邮电大学 应用于6g系统的基于双线型超材料结构的太赫兹分波器
CN113410595A (zh) * 2021-03-25 2021-09-17 重庆邮电大学 一种“方环-四开口环”型的太赫兹低通角度滤波器
CN113410595B (zh) * 2021-03-25 2022-05-03 重庆邮电大学 一种“方环-四开口环”型的太赫兹低通角度滤波器
CN113113775B (zh) * 2021-03-25 2024-03-19 重庆邮电大学 应用于6g系统的基于双线型超材料结构的太赫兹分波器
CN113594707A (zh) * 2021-07-23 2021-11-02 浙江大学 一种基于折纸超材料的可调谐太赫兹滤波器

Also Published As

Publication number Publication date
CN112002967B (zh) 2021-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112002967B (zh) 一种“背对称开口方槽”型的太赫兹低通角度滤波器
Liu et al. Metamaterials based on the phase transition of VO2
CN111817023B (zh) 一种基于开口环结构的太赫兹窄带吸收器
Pfeiffer et al. Bianisotropic metasurfaces for optimal polarization control: Analysis and synthesis
Kumar et al. Terahertz surface plasmon waveguide based on a one-dimensional array of silicon pillars
Zhu et al. Broadband terahertz metamaterial absorber based on graphene resonators with perfect absorption
US8054146B2 (en) Structures with negative index of refraction
Singh et al. Optical tuning and ultrafast dynamics of high-temperature superconducting terahertz metamaterials
US20110261441A1 (en) Spectral Filter
Gric et al. Tunable plasmonic properties and absorption enhancement in terahertz photoconductive antenna based on optimized plasmonic nanostructures
Al-badri et al. Simulated and experimental verification of the microwave dual-band metamaterial perfect absorber based on square patch with a 450 diagonal slot structure
Song et al. Terahertz transparency of optically opaque metallic films
Wang et al. Metamaterial optical refractive index sensor detected by the naked eye
Zhang et al. Plasmon-induced transparency effect in hybrid terahertz metamaterials with active control and multi-dark modes
Wan et al. A variable refractive index sensor based on epsilon-near-zero spatial selection structure and its potential in biological detection
CN114326226A (zh) 一种用于太赫兹波前调制的电寻址超表面
Geng et al. Optically transparent graphene-based cognitive metasurface for adaptive frequency manipulation
Hu et al. Mechanically tunable metamaterials terahertz dual-band bandstop filter
Song et al. Controlling wideband absorption and electromagnetically induced transparency via a phase change material
Yang et al. Dual dynamically tunable terahertz graphene-based plasmonic induced transparency and slow light effects
Baskey et al. Design, synthesis, characterization and performance evaluation of multi-band perfect metamaterial absorber
Zhao et al. The weak interactive characteristic of resonance cells and broadband effect of metamaterials
CN113113775B (zh) 应用于6g系统的基于双线型超材料结构的太赫兹分波器
CN111755791A (zh) 一种应用于6g波分复用系统的基于超材料的太赫兹分波器
Kai-Hong et al. Sensitive terahertz free space modulator using CsPbBr 3 perovskite quantum dots–embedded metamaterial

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant