一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器包括光子晶體，在所述光子晶體的中間有一供信號(hào)通過的通道，在通道的中央設(shè)有諧振腔，所述諧振腔中設(shè)置有內(nèi)部介質(zhì)柱和八個(gè)散射介質(zhì)柱；輸入波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)位于同一直線上，作為信號(hào)光的太赫茲波從輸入波導(dǎo)的左端輸入，從輸出波導(dǎo)的右端輸出。本實(shí)用新型的光子晶體寬帶濾波器通帶位于300.9-375.1GHz，可以利用本頻段大氣吸收窗口實(shí)現(xiàn)特定條件下的通信等特點(diǎn)。
【專利說明】
-種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種太赫茲無源器件技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種適用于太赫茲大氣 通信窗口 300-376G化頻段的帶通濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于現(xiàn)代通信行業(yè)的大力發(fā)展和電磁資源的有限性，低頻電磁資源已經(jīng)分割完 畢，有必要向高頻電磁波段開發(fā)資源，同時(shí)順應(yīng)個(gè)人通信設(shè)備便攜式、微小化發(fā)展的趨勢(shì)， 太赫茲波段的器件應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)，光子晶體能夠應(yīng)用于太赫茲波段的傳輸，且色散小、損 耗低，可制作多種太赫茲器件。濾波器作為通信系統(tǒng)和成像系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一，對(duì)其進(jìn)行 深入研究將會(huì)極大地促進(jìn)太赫茲通信系統(tǒng)、成像系統(tǒng)W及化學(xué)生物監(jiān)測等太赫茲領(lǐng)域新型 技術(shù)的發(fā)展。
[0003] 隨著太赫茲技術(shù)和光子晶體技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來人們提出了很多種光子晶體 太赫茲濾波器。根據(jù)其頻率響應(yīng)特性，現(xiàn)有的光子晶體濾波器可分為帶阻、帶通兩類。其中 帶阻濾波器通常是利用光子晶體的禁帶特性，而帶通濾波器則是在光子晶體中引入雜質(zhì)或 缺陷。
[0004] 目前，大多數(shù)太赫茲帶通濾波器的響應(yīng)頻段未處在太赫茲大氣通信窗口，無法將 其用于大氣通信系統(tǒng)，使其應(yīng)用受限；同時(shí)其帶寬較窄，不能滿足太赫茲通信系統(tǒng)的要求， 運(yùn)就亟需本領(lǐng)域技術(shù)人員解決相應(yīng)的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型旨在針對(duì)現(xiàn)有濾波器在太赫茲大氣通信頻段上的不足，提供一種可應(yīng) 用于太赫茲大氣通信窗口 300-376G化頻段的光子晶體寬帶太赫茲濾波器。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型提供了一種新型光子晶體寬帶太赫 茲濾波器包括光子晶體，在所述光子晶體的中間有一供信號(hào)通過的通道，在通道的中央設(shè) 有諧振腔，所述諧振腔中設(shè)置有內(nèi)部介質(zhì)柱和八個(gè)散射介質(zhì)柱。
[0007] 在本實(shí)用新型中所述通道的一端為輸入波導(dǎo)，另一端為輸出波導(dǎo)，輸入波導(dǎo)與輸 出波導(dǎo)位于同一直線上。作為信號(hào)光的太赫茲波從輸入波導(dǎo)的左端輸入，從輸出波導(dǎo)的右 端輸出。
[000引光子晶體呈正方形周期性分布。散射介質(zhì)柱對(duì)稱分布在通道的兩側(cè)，每側(cè)四個(gè)，使 進(jìn)入諧振腔的光波能夠更有效的傳播;所述內(nèi)部介質(zhì)柱為兩個(gè)，構(gòu)成2x1的矩形，設(shè)置于通 道中間。
[0009] 所述內(nèi)部介質(zhì)柱的半徑為5?:μπι:，散射介質(zhì)柱的半徑為2?μην.，輸入波導(dǎo)和輸出波 導(dǎo)上下兩行介質(zhì)柱半徑為58胃:;。該尺寸有利于帶寬達(dá)到最大值，矩形系數(shù)達(dá)到最小值。
[0010] 所述的內(nèi)部介質(zhì)柱的材料為Hg化，該材料的介電常數(shù)大，使達(dá)到的效果更好。
[0011] 所述的散射介質(zhì)柱和光子晶體的材料為Si,該材料的介電常數(shù)大，可提高濾波器 的透射率。
[0012] 信號(hào)光w高斯波作為入射波，從輸入波導(dǎo)的左側(cè)進(jìn)入本實(shí)用新型，在輸入波導(dǎo)中 與諧振腔發(fā)生禪合作用，采用忍巧的內(nèi)部介質(zhì)柱，帶有八個(gè)散射介質(zhì)柱的諧振腔結(jié)構(gòu)，當(dāng) 光波到諧振腔時(shí)，由于諧振腔的局域選頻作用，只有符合腔內(nèi)的諧振腔頻率為300.9- 375.1G化光波才可W產(chǎn)生共振，并禪合進(jìn)入諧振腔，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)300.9-375.1G化范圍內(nèi)的 濾波。
[0013] 本實(shí)用新型的光子晶體寬帶太赫茲濾波器的濾波原理是：當(dāng)所有頻率的光波由輸 入端口輸入時(shí)，只有帶隙內(nèi)的頻率的光波才可W在光子晶體波導(dǎo)中傳播，而其他頻率的光 則由于反射、散射或者損耗作用而無法在波導(dǎo)內(nèi)傳播。當(dāng)光波到達(dá)諧振腔時(shí)，因?yàn)橹C振腔的 局域選頻作用，只有符合腔內(nèi)的諧振腔頻率的光波才可W產(chǎn)生共振，并禪合進(jìn)入諧振腔，繼 而得W輸出。通過改變諧振腔內(nèi)部介質(zhì)柱和散射介質(zhì)柱及輸入、輸出波導(dǎo)上下兩行介質(zhì)柱 的半徑，W加強(qiáng)諧振腔結(jié)構(gòu)W及輸入、輸出波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對(duì)光波能量的束縛，減少濾波過程中的 散射損耗，從而提高濾波器的濾波性能。
[0014] 本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的光子晶體寬帶太赫茲濾波器通帶位于 300.9-375.1G化頻段，可利用300-376GHZ頻段的大氣吸收窗口實(shí)現(xiàn)特定條件下的通信等特 點(diǎn)，具有優(yōu)良的傳輸特性。
【附圖說明】
[0015] 本實(shí)用新型可W通過附圖給出的非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說明。
[0016] 圖1為本實(shí)用新型的光子晶體寬帶太赫茲濾波器立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為本實(shí)用新型的光子晶體寬帶太赫茲濾波器的X-Z平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[001引圖3為本實(shí)用新型的頻率響應(yīng)圖；
[0019] 圖4為本實(shí)用新型的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本實(shí)用新型提供的新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，如圖1和圖2所示，一種新型 光子晶體寬帶太赫茲濾波器包括光子晶體1，在所述光子晶體1的中間有一供信號(hào)通過的通 道，光子晶體1呈正方形周期性分布，在通道的中央設(shè)有諧振腔3,所述諧振腔3中設(shè)置有內(nèi) 部介質(zhì)柱5和八個(gè)散射介質(zhì)柱6。所述通道的一端為輸入波導(dǎo)2,另一端為輸出波導(dǎo)4,輸入波 導(dǎo)2與輸出波導(dǎo)4位于同一直線上，作為信號(hào)光的太赫茲波從輸入波導(dǎo)2的左端輸入，從輸出 波導(dǎo)4的右端輸出。所述散射介質(zhì)柱6對(duì)稱分布在通道的兩側(cè)，每側(cè)四個(gè);所述內(nèi)部介質(zhì)柱5 為兩個(gè)，設(shè)置于通道中間，使進(jìn)入諧振腔的光波能夠更有效的傳播。
[0021] 在本實(shí)用新型的一【具體實(shí)施方式】中內(nèi)部介質(zhì)柱5的半徑ri為511^1，散射介質(zhì)柱6 的半徑η為2?μL扣，輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)上下兩行介質(zhì)柱7的半徑η為58:μL打，其中內(nèi)部介 質(zhì)柱5的材料為HgTe，散射介質(zhì)柱6和光子晶體1的材料為Si。通過改變散射介質(zhì)柱和內(nèi)部介 質(zhì)的半徑，減少波導(dǎo)與諧振腔之間的散射損耗，從而提高了濾波器的濾波性能。
[0022] 所述的信號(hào)光W高斯波作為入射波，在輸入波導(dǎo)中與諧振腔發(fā)生禪合作用；采用 2 X 1的內(nèi)部介質(zhì)柱，帶有八個(gè)散射介質(zhì)柱的諧振腔的結(jié)構(gòu)，當(dāng)光波到達(dá)諧振腔時(shí)，由于諧 振腔的局域選頻作用，只有符合腔內(nèi)的諧振頻率為300.9-375.1G化光波才可W產(chǎn)生共振， 并禪合進(jìn)入諧振腔，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)300.9-375. IG化范圍內(nèi)的濾波。
[0023] 所述的諧振腔，具有局域選頻作用，只有符合腔內(nèi)的諧振頻率的光波才可W產(chǎn)生 共振。
[0024] 在本實(shí)施例的基礎(chǔ)上，改變所述光子晶體、諧振腔、內(nèi)部介質(zhì)柱和散射柱的尺寸大 小能根據(jù)需要設(shè)計(jì)出不同頻率范圍的濾波器。
[0025] 為了適應(yīng)高速率、超寬帶太赫茲通信系統(tǒng)的發(fā)展，本實(shí)用新型提供的濾波器，使其 工作在太赫茲大氣吸收窗口波段，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。如圖2所示，采用波導(dǎo)和諧振腔組 合的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)300.9-375.1G化的濾波，中屯、頻率為338G化，帶寬為74.2GHz，帶內(nèi)文波 為0.1地，矩形系數(shù)為1.3。
[0026] 當(dāng)300.9-375. IGHz范圍內(nèi)的太赫茲波從輸入端輸入時(shí)，其達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的場強(qiáng)分布 如圖3所示，從場強(qiáng)分布可知諧振波長的光波能夠高效地從輸出端口輸出。
[0027] 有必要在此提出的是，上面的實(shí)施例只是用于進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型，W便于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型。本實(shí)用新型已通過文字掲露了其首選實(shí)施方 案，但通過閱讀運(yùn)些技術(shù)文字說明可W領(lǐng)會(huì)其中的可優(yōu)化性和可修改性，并在不脫離本實(shí) 用新型的原理和宗旨的情況下進(jìn)行改進(jìn)，但運(yùn)樣的改進(jìn)仍屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù) 范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在于:包括光子晶體（I)，在所述光子 晶體(1)的中間有一供信號(hào)通過的通道，在通道的中央設(shè)有諧振腔(3)，所述諧振腔(3)中設(shè) 置有內(nèi)部介質(zhì)柱(5)和八個(gè)散射介質(zhì)柱(6)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在于:所述通道的 一端為輸入波導(dǎo)(2)，另一端為輸出波導(dǎo)(4)，輸入波導(dǎo)(2)與輸出波導(dǎo)(4)位于同一直線上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在于:所述散射介 質(zhì)柱(6)對(duì)稱分布在通道的兩側(cè)，每側(cè)四個(gè);所述內(nèi)部介質(zhì)柱(5)為兩個(gè)，設(shè)置于通道中間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在于:所述光子晶 體(1)呈正方形周期性分布。5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項(xiàng)所述一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在于： 所述內(nèi)部介質(zhì)柱(5)的半徑為51 μπι，散射介質(zhì)柱(6)的半徑為21μηι。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在于：輸入波導(dǎo) (2)和輸出波導(dǎo)(4)上下兩行介質(zhì)柱(7)的半徑為58μπι。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6所述一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在 于:所述內(nèi)部介質(zhì)柱(5)的材料為HgTe。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6所述一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在 于:所述散射介質(zhì)柱(6)和光子晶體(1)的材料為Si。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在于:所述濾波器 的帶通頻段為300.9-375. IGHz頻段。
【文檔編號(hào)】H01P1/20GK205484875SQ201620068804
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月25日
【發(fā)明人】胡章芳, 李巖巖, 羅元, 劉金蘭
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)