一种机械调控下的可调太赫兹滤波器制造技术

本实用新型专利技术提供一种机械调控下的可调太赫兹滤波器，包括设置在爱金属外壳内的基底，在基底内设置有周期结构的圆柱状中空波导A和波导B，波导A和波导B之间的空隙形成了以基底为管壁的、长度可调的圆柱状中空波导C，波导A和波导B的长半径、短半径以及周期长度均相同，波导A和波导B的占空比不相同。本实用新型专利技术具有结构简单、体积小、可调谐等优点，能够在军事、医学、工业等领域中得到重要的应用。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种太赫兹功能器件，尤其涉及一种机械调控下的可调太赫兹滤波器。
技术介绍
由于太赫兹波具有光子能量低、穿透能力强、时间和空间分辨率高等特点。使其在公共安全、医学检查、通信、医学和雷达等很多领域都有具有广泛的应用和发展前景。这些方面都需要性能良好的太赫兹系统，这样就急需高性能的太赫兹功能器件。机械调控太赫兹功能器件是太赫兹波
中的一个重要的应用，由于太赫兹时域光谱测量技术的优势和机械应力的特点，故机械调控下的可调太赫兹滤波器在遥感探测、无损检测和工程监测等方面具有重要的实际价值。现阶段已有的太赫兹滤波器种类繁多，如光子晶体型、超颖材料型和表面等离子型等。国内外都取得了很多的研究成果。2009年南京邮电大学光通信研究所得陈鹤鸣和孟晴在《物理学报》上发表了《高效光子晶体太赫兹滤波器的设计》，研究了太赫兹波在二维光子晶体中的传播特性，利用波导线缺陷和腔体点缺陷的耦合特性实现滤波功能，该滤波器在3.6231THz处耦合效率达到了90％以上。2011年南开大学现代光学研究所的郭展和范飞等人在《物理学报》上发表了文章《基于磁光子晶体的磁控可调太赫兹滤波器和开关》，设计了一种基于铁氧体磁性材料光子晶体波导的磁控太赫兹连续可调的滤波器，通过调节外加磁场大小来改变磁性材料磁导率，以改变光子晶体带隙，从而实现在0.8314～1.0854THz内可调的滤波器功能。2011年加拿大阿尔伯塔大学的C.J.E.Straatsma和A.Y.Elezzabi在JInfraredMilliTerahzWaves上发表了文章“ADual-ModeTerahertzFilterBasedonaMetallicResonatorDesign”,研究了一种基于超材料人工结构的太赫兹滤波器，这个结构在0.1～1.4THz的工作频段内，可以同时表现出低通、带通和带阻滤波器的特性。2013年中国计量学院太赫兹技术与应用研究所得王文涛等人在《光学学报》上发表了《基于三个方形封闭谐振环的多频带太赫兹滤波器》，研究了一种由三个方形封闭谐振环(CRR)嵌套组合而成的三频带太赫兹滤波器，通过调节每个CRR的尺寸或周期来设计滤波器的共振频率。2015年俄罗斯的ITMO大学的E.A.Sedykh等人在J.Phys上发表了“Tunablenarrowbandfilterswithcross-shapedresonatorsforTHzfrequencyband”，研究了一种在半导体基底上X形的金属谐振器的太赫兹波传输特性，通过改变X形金属谐振器的尺寸和角度可以调节透射峰的宽度，通过调节基底的介电常数可以控制透射峰的位置。2015年南京大学的葛士军等人在Chin.Opt.Lett.上发表了文章“Tunableterahertzfilterbasedonalternativeliquidcrystallayersandmetallicslats”，研究了一种由交替的液晶层和金属板条组成的伪法布里-珀罗滤波器，通过温度控制液晶的折射率使其在0.1～1.5THz的工作频段内可调。近些年发表的太赫兹滤波器专利也有很多，2013年北京邮电大学的张金玲等人发表了专利《一种T形结构太赫兹滤波器》(专利公开号CN203367450U)，提出了一种通过调节T形结构排列的结构尺寸和间距，来实现调整谐振频率目的的可调太赫兹滤波器。2014年上海理工大学的袁明辉等人发表了专利《非周期表面等离子体光栅型太赫兹滤波器》(专利公开号CN103576228A)，提出了一种基于非周期表面等离子体光栅结构的太赫兹滤波器，应用了表面等离子波的传输来减少损耗，并且可以根据中心频率和滤波特性去设计结构参数。2015年国家纳米科学中心的董凤良等人发表了专利《一种多波段太赫兹滤波器及其制作方法》(专利公开号CN104505561A)，提出了一种在带衬底的金属薄膜上做多元环周期结构的多波段太赫兹滤波器，可以改变多元环周期结构的环数和尺寸，来控制滤波的频段和波段数。上述这些种类的滤波器各有优点，可以应用在很多领域，解决很多问题。但是由机械方法调控的太赫兹滤波器还很少，所以这种太赫兹滤波器的研究有着深远的意义和实用价值。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术的不足，如滤波性能不好、结构复杂、材料昂贵、需要封装、加热、和缺乏由机械调控的种类等而提供一种机械调控下的可调太赫兹滤波器。本技术的目的是这样实现的：包括设置在爱金属外壳内的基底，在基底内设置有周期结构的圆柱状中空波导A和波导B，波导A和波导B之间的空隙形成了以基底为管壁的、长度可调的圆柱状中空波导C，波导A和波导B的长半径、短半径以及周期长度均相同，波导A和波导B的占空比不相同。本技术还包括这样一些结构特征：1.波导A和波导B的管壁的材料是低损耗金属，基底的材料是可拉伸材料的高分子聚合物。2.一种机械调控下的可调太赫兹滤波器的制作方法，(1)使用MEMS深度光刻工艺在聚合物材料上加工出半径等于金属外壳内径的圆柱，成形之后利用X-LIGA工艺在所述圆柱的外表面涂覆一层金属层，再将聚合物腐蚀掉，制成金属外壳；(2)使用MEMS深度光刻工艺在高分子聚合物材料上加工出周期结构的基底和波导C，成形之后利用X-LIGA工艺在低损耗金属上加工出周期结构的波导A和波导B；(3)将带有三种波导结构的基地放置在金属外壳内，制成机械调控下的可调太赫兹滤波器。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术采用的材料是金属和机械性能良好的高分子聚合物，解决了太赫兹功能器件在机械调控方面种类匮乏的问题。本技术采用了机械拉伸的方式去实现调控功能；本技术结构简单、体积小、容易制作；本技术无方向要求，两端均可实现滤波器的功能；本技术的透过率高、实用方便、材料普通、带宽可调、中心频率可调。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是波导A和波导B同时采用的是5个周期时的曲线图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细描述。如图1所示为本技术中理论计算时所用的结构的剖面图，Λ为周期结构波导的一个周期长度，r1为长半径，r2为短半径其中A、B和C分别代表波导A、波导B和波导C。理论计算时选取的波导A的占空比(一个周期内长半径部分占整个周期长度的比值)为0.5，波导B的占空比为0.4，波导C是最初始的长度是70μm。两个周期结构波导由波导C连接，组成一个本技术结构。图中浅色部分为机械性能良好的高分子聚合物，理论计算中选取的是聚酰亚胺(polyimide)，深色网格部分为金属银(Ag)。直的虚线代表的是本技术结构的中心轴，弯曲的虚线代表中间省略了几个周期，在理论计算时波导A和波导B同时采用的是5个周期。这里面两周期结构波导的参数为：r1＝220μm，r2＝180μm，Λ＝183μm；波导A的一个周期内的长半径与短半径部分长度都是91.5μm，波导B的一个周期内的长半径与短半径部分长度分别为73.2μm和109.8μm，两周期结构波导的长半径波导管壁外的聚酰亚胺的厚度是0.5μm，短半径波导管壁外的聚酰亚胺基底的厚度是40.5μm，长度分别为波导A处的为71.5μm，波导B处的为89.8μm。波导C的初始本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械调控下的可调太赫兹滤波器，其特征在于：包括设置在金属外壳内的基底，在基底内设置有周期结构的圆柱状中空波导A和波导B，波导A和波导B之间的空隙形成了以基底为管壁的、长度可调的圆柱状中空波导C，波导A和波导B的长半径、短半径以及周期长度均相同，波导A和波导B的占空比不相同。

【技术特征摘要】
1.一种机械调控下的可调太赫兹滤波器，其特征在于：包括设置在金属外壳内的基底，在基底内设置有周期结构的圆柱状中空波导A和波导B，波导A和波导B之间的空隙形成了以基底为管壁的、长度可调的圆柱状中空波导C，波导A和波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊亚仙，徐兰兰，桑汤庆，徐丹，陶智勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23