一種雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)為一種雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器，有多個(gè)相連的陣列單元的二維陣列位于硅基底的通孔上，每個(gè)陣列單元包括兩個(gè)開口環(huán)諧振器和一個(gè)一字形結(jié)構(gòu)，均為頂面金屬層的硅主體，高度相同。開口環(huán)諧振器為矩形環(huán)，其一邊有開口，兩個(gè)環(huán)諧振器的開口寬度不同，一字形結(jié)構(gòu)位于兩個(gè)開口環(huán)諧振器有開口的邊之間，并與之平行。可動(dòng)框架套在二維陣列外圍，一字形結(jié)構(gòu)與可動(dòng)框架相連。兩組靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器的活動(dòng)梳齒與可動(dòng)框架相連接，帶動(dòng)可動(dòng)框架與一字形結(jié)構(gòu)移動(dòng)。一字形結(jié)構(gòu)和兩個(gè)開口環(huán)諧振器之間的間距改變，即動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)本帶通濾波器兩個(gè)通帶中心頻率對應(yīng)的透射功率，實(shí)現(xiàn)雙單帶的轉(zhuǎn)變，提高頻率選擇能力和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及太赫茲
，特別涉及一種雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器。
技術(shù)介紹
太赫茲波(Terahertz，簡稱THz)通常定義為處于0.1THz到10THz頻率范圍內(nèi)的電磁波,在電磁波譜中位于微波與紅外之間，具有不同于其他電磁輻射的特殊性能。太赫茲波具有非電離、安全性高和穿透性好的特性，不會(huì)破壞被探測物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及本征屬性，廣泛用于機(jī)場、海關(guān)、車站和碼頭等地方的安全監(jiān)測。太赫茲波還具有很好的指紋譜特性，許多非極性物質(zhì)在太赫茲頻段具有特征吸收峰，是進(jìn)行物質(zhì)鑒別的重要工具。在通信頻率日漸捉襟見肘的今天，太赫茲波段的利用顯得尤其重要。太赫茲濾波器用于選擇適用的太赫茲波，并祛除不需要的雜質(zhì)信號，太赫茲濾波器是太赫茲技術(shù)廣泛應(yīng)用中不可缺少的關(guān)鍵元件之一。目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道的太赫茲帶通濾波器大多是采用金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)，這類濾波器制作完成后，只能通過特定頻率或頻帶的太赫茲波，通帶中心頻率位置和透射功率都不可調(diào)節(jié)，因而大大限制了器件的應(yīng)用范圍。然而，在許多實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，要求太赫茲帶通濾波器的中心頻率位置和透射功率能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控。超材料是指通過微納加工方法制作而成、具有特殊電磁特性的復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)，一般由覆于電介質(zhì)表面的亞波長尺寸的金屬膜結(jié)構(gòu)周期性排列組合而成，由其實(shí)現(xiàn)太赫茲帶通濾波器。但目前出現(xiàn)了的有關(guān)報(bào)道中，基于超材料的太赫茲帶通濾波器有些中心頻率不可調(diào)，有些調(diào)節(jié)范圍較窄或調(diào)節(jié)難，仍需改進(jìn)才能實(shí)用。例如上海師范大學(xué)的專利技術(shù)專利申請CN104201443A“一種雙頻太赫茲帶通濾波器”公開了一種基于半絕緣砷化鎵表面采用鏤空的互補(bǔ)型開口諧振環(huán)單元的雙頻率太赫茲帶通濾波器的設(shè)計(jì)與制作，通過調(diào)整C-SRR內(nèi)徑、外徑、開口寬度、周期結(jié)構(gòu)，獲得低頻和高頻共振。利用兩種共振的電磁相互作用實(shí)現(xiàn)兩個(gè)共振頻率之間能量轉(zhuǎn)換，在兩個(gè)波段上達(dá)到相同透射強(qiáng)度的太赫茲輸出。但此結(jié)構(gòu)的濾波器制備完成后中心頻率位置和透射功率無法動(dòng)態(tài)調(diào)控。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器。該雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)太赫茲帶通濾波器邊緣為雙向靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器，中央為陣列單元。每一個(gè)陣列單元包含兩個(gè)開口相對的開口環(huán)諧振器和位于中央的一字形結(jié)構(gòu)。一字形結(jié)構(gòu)與可動(dòng)框架連接，當(dāng)一字形結(jié)構(gòu)位于單元中央時(shí)，濾波器對電場矢量E沿著與一字形結(jié)構(gòu)平行方向入射的太赫茲波產(chǎn)生兩個(gè)透射功率近似相等的通帶。通過雙向靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)可動(dòng)框架和一字形結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，改變一字形結(jié)構(gòu)和開口環(huán)諧振器之間的間距，從而實(shí)現(xiàn)對其中太赫茲帶通濾波器兩個(gè)通帶中心頻率處透射功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使其實(shí)現(xiàn)由雙帶向單帶的變換。本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)一種雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器，濾波器中央的二維陣列位于硅基底的通孔上，所述二維陣列由多個(gè)相連的陣列單元構(gòu)成。每一個(gè)陣列單元包括兩個(gè)開口環(huán)諧振器和一個(gè)一字形結(jié)構(gòu)，開口環(huán)諧振器和一字形結(jié)構(gòu)均為硅主體，其頂面為金屬層，高度相同。開口環(huán)諧振器為矩形環(huán)，其中一邊有開口，開口的中心線與該邊的中心線重合，兩個(gè)開口環(huán)諧振器的開口寬度不同，一字形結(jié)構(gòu)位于兩個(gè)開口環(huán)諧振器的之間與兩個(gè)開口環(huán)諧振器的有開口的邊平行，兩個(gè)開口環(huán)諧振器的開口各朝向一字形結(jié)構(gòu)的一側(cè)。二維陣列中同一行內(nèi)相鄰的開口環(huán)諧振器相互連接并固定于二維陣列外側(cè)硅基底的錨點(diǎn)上，同一行的一字形結(jié)構(gòu)相互連接。本專利技術(shù)的太赫茲帶通濾波器還有一個(gè)可動(dòng)框架和多個(gè)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器。可動(dòng)框架為矩形框架，套在二維陣列外圍，二維陣列結(jié)構(gòu)中的一字形結(jié)構(gòu)與可動(dòng)框架相連。多個(gè)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器對稱地固定安裝于可動(dòng)框架左右外側(cè)的硅基底上。靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器的固定梳齒和活動(dòng)梳齒交錯(cuò)排列、各連接不同的電極，靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器的活動(dòng)梳齒與可動(dòng)框架外側(cè)相連接。多個(gè)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器分為驅(qū)動(dòng)力相等的兩組，兩組的靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器的活動(dòng)梳齒移動(dòng)方向相反。靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器的活動(dòng)梳齒在直流電壓驅(qū)動(dòng)下移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)可動(dòng)框架移動(dòng)。可動(dòng)框架帶動(dòng)一字形結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，改變一字形結(jié)構(gòu)和兩個(gè)開口環(huán)諧振器之間的間距，從而調(diào)節(jié)本帶通濾波器兩個(gè)通帶中心頻率處的透射幅值。當(dāng)一字形結(jié)構(gòu)向窄口開口環(huán)諧振器運(yùn)動(dòng)時(shí)，高頻帶的幅值將逐漸增加，低頻帶的幅值將逐漸減小近于零，本濾波器的高頻帶歸一化透射功率達(dá)到最大。相反，當(dāng)一字形結(jié)構(gòu)向?qū)捒陂_口環(huán)諧振器運(yùn)動(dòng)時(shí)，低頻帶的幅值將逐漸增加，高頻帶的幅值將逐漸減小近于零，最終本濾波器的低頻帶歸一化透射功率達(dá)至最大。即通過一字形結(jié)構(gòu)的移動(dòng)來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)本濾波器兩個(gè)頻帶的透射功率。所述開口環(huán)諧振器和一字形結(jié)構(gòu)頂面的金屬層為金層、銀層、銅層和鋁層中的任一種，厚度為0.05～1.0微米。所述的開口環(huán)諧振器和一字形結(jié)構(gòu)的硅主體厚度為10～100微米。所述二維陣列每個(gè)陣列單元的長或?qū)挒?0～300微米。所述每個(gè)陣列單元中的開口環(huán)諧振器的線寬度相同為3～15微米，窄口開口環(huán)諧振器的開口寬度為2～10微米，寬口開口環(huán)諧振器的開口寬度為10～55微米，一字形結(jié)構(gòu)的線寬度為6～20微米。所述每個(gè)陣列單元中的開口環(huán)諧振器的有開口的邊及其對邊的長度為100～150微米、線寬度為6～15微米，另兩邊，即開口環(huán)諧振器的兩腰長度為35～55微米、線寬度為3～20微米。所述開口環(huán)諧振器有開口的邊與相鄰的一字形結(jié)構(gòu)的邊之間的距離為2～10微米。所述可動(dòng)框架和靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器主體也為硅，其厚度等于開口環(huán)諧振器或一字形結(jié)構(gòu)硅主體的厚度。所述靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器的固定梳齒的主體硅與硅基體之間有絕緣層。可動(dòng)框架的前后外側(cè)連接復(fù)位彈簧的一端，復(fù)位彈簧另一端固定于硅基底。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)一種雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)太赫茲帶通濾波器的優(yōu)點(diǎn)為：1、陣列單元中一字形結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，改變一字形結(jié)構(gòu)和兩個(gè)開口環(huán)諧振器之間的間距，即可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)太赫茲帶通濾波器兩個(gè)通帶中心頻率對應(yīng)的透射功率，以實(shí)現(xiàn)雙帶向單帶的轉(zhuǎn)變，提高了太赫茲帶通濾波器的頻率選擇能力，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍；2、若將本濾波器通過雙帶視為編碼“11”，則調(diào)節(jié)為單帶后編碼即為“10”或“01”，本帶通濾波器即可用于對通過的太赫茲光譜進(jìn)行二進(jìn)制編碼。附圖說明圖1為本雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器實(shí)施例俯視示意圖；圖2為本雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器實(shí)施例一個(gè)陣列單元立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器實(shí)施例一個(gè)陣列單元俯視示意圖；圖4為圖1中A-A剖面示意圖；圖5為圖3的P向視圖；圖6為本雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器實(shí)施例2X2陣列俯視示意圖；圖7為本雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器實(shí)施例中一字形結(jié)構(gòu)向窄口開口環(huán)諧振器移動(dòng)，間距g1分別為4微米，2微米，1微米，0微米時(shí)對應(yīng)的歸一化透射功率曲線圖；圖8本雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器實(shí)施例中一字形結(jié)構(gòu)向?qū)捒陂_口環(huán)諧振器移動(dòng)，間距分別為4微米，2微米，1微米，0微米時(shí)對應(yīng)的歸一化透射功率曲線圖。圖中標(biāo)號：1、陣列單元，11、寬口開口環(huán)諧振器，12、一字形結(jié)構(gòu)，13、窄口開口環(huán)諧振器，14、金屬層，15、硅主體，2、可動(dòng)框架，3、A電極，4、靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器，41、絕緣層，5、錨點(diǎn)，6、B電極，7、C電極，8、復(fù)位彈簧，9、D電極，10、硅基底。a、開口環(huán)諧振器的矩形長度，b、開口環(huán)諧振器的矩形寬度，c、一字形結(jié)構(gòu)的線寬，d、開口環(huán)諧振器的長邊(開口邊和對邊)的線寬，e、窄口開口環(huán)諧振器的短邊線本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器，濾波器中央的二維陣列位于硅基底的通孔上，所述二維陣列由多個(gè)相連的陣列單元構(gòu)成，其特征在于：所述二維陣列的每一個(gè)陣列單元(1)包括兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)和一個(gè)一字形結(jié)構(gòu)(12)，開口環(huán)諧振器(11、13)和一字形結(jié)構(gòu)(12)均為硅主體(15)，其頂面為金屬層(14)，高度相同；開口環(huán)諧振器(11、13)為矩形環(huán)，其中一邊有開口，開口的中心線與該邊的中心線重合，兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)的開口寬度不同，一字形結(jié)構(gòu)(12)位于兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)的之間、與兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)的有開口的邊平行，兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)的開口的邊各朝向一字形結(jié)構(gòu)(12)的一側(cè)；二維陣列中同一行內(nèi)相鄰的開口環(huán)諧振器相互連接并固定于二維陣列外側(cè)硅基底(10)的錨點(diǎn)上，同一行的一字形結(jié)構(gòu)(12)相互連接；還有一個(gè)可動(dòng)框架(2)和多個(gè)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)；可動(dòng)框架(2)為矩形框架，套在二維陣列外圍，二維陣列結(jié)構(gòu)中的一字形結(jié)構(gòu)(12)與可動(dòng)框架(2)相連；多個(gè)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)對稱地固定安裝于可動(dòng)框架(2)左右外側(cè)的硅基底(10)上；靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)的固定梳齒和活動(dòng)梳齒交錯(cuò)排列、各連接不同的電極，靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器的活動(dòng)梳齒與可動(dòng)框架(2)外側(cè)相連接；多個(gè)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)分為驅(qū)動(dòng)力相等的兩組，兩組的靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)的活動(dòng)梳齒移動(dòng)方向相反。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器，濾波器中央的二維陣列位于硅基底的通孔上，所述二維陣列由多個(gè)相連的陣列單元構(gòu)成，其特征在于：所述二維陣列的每一個(gè)陣列單元(1)包括兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)和一個(gè)一字形結(jié)構(gòu)(12)，開口環(huán)諧振器(11、13)和一字形結(jié)構(gòu)(12)均為硅主體(15)，其頂面為金屬層(14)，高度相同；開口環(huán)諧振器(11、13)為矩形環(huán)，其中一邊有開口，開口的中心線與該邊的中心線重合，兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)的開口寬度不同，一字形結(jié)構(gòu)(12)位于兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)的之間、與兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)的有開口的邊平行，兩個(gè)開口環(huán)諧振器(11、13)的開口的邊各朝向一字形結(jié)構(gòu)(12)的一側(cè)；二維陣列中同一行內(nèi)相鄰的開口環(huán)諧振器相互連接并固定于二維陣列外側(cè)硅基底(10)的錨點(diǎn)上，同一行的一字形結(jié)構(gòu)(12)相互連接；還有一個(gè)可動(dòng)框架(2)和多個(gè)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)；可動(dòng)框架(2)為矩形框架，套在二維陣列外圍，二維陣列結(jié)構(gòu)中的一字形結(jié)構(gòu)(12)與可動(dòng)框架(2)相連；多個(gè)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)對稱地固定安裝于可動(dòng)框架(2)左右外側(cè)的硅基底(10)上；靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)的固定梳齒和活動(dòng)梳齒交錯(cuò)排列、各連接不同的電極，靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器的活動(dòng)梳齒與可動(dòng)框架(2)外側(cè)相連接；多個(gè)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)分為驅(qū)動(dòng)力相等的兩組，兩組的靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器(4)的活動(dòng)梳齒移動(dòng)方向相反。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫茲帶通濾波器，其特征在于：所述開口環(huán)諧振器(11、13)和一字形結(jié)構(gòu)(12)頂面的金屬層(14)為金層、銀層、銅層和鋁層中的任一種，厚度為0.05～1.0微米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙帶動(dòng)態(tài)可調(diào)的太赫...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡放榮，王志遠(yuǎn)，胥欣，李鵬，姜文英，陳元枝，
申請(專利權(quán))人：桂林電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣西;45