S型金属结构带割口的带阻滤波器制造技术

本发明专利技术涉及太赫兹技术功能器件技术领域，具体涉及一种S型金属结构带割口的带阻滤波器；带阻滤波器包括多层单元结构，多层单元结构从上至下依次堆叠设置，每层单元结构均包括金属层、两组线条结构和方形基底，金属层设置于方形基底的顶侧，每层单元结构还具有四个形状为长方体的第一割口，每个第一割口的厚度等同于对应方形基底的厚度和对应金属层厚度之和，每个第一割口的底边为边长与方形基底的厚度相同正方形，解决的当前传统的基于金属

【技术实现步骤摘要】
S型金属结构带割口的带阻滤波器


[0001]本专利技术涉及太赫兹技术功能器件
，尤其涉及一种S型金属结构带割口的带阻滤波器。

技术介绍

[0002]在现阶段的社会发展，信息技术传输技术向着高速，便捷的方向发展，所以控制要求也是逐渐的提升，为了实现电磁波有更大的利用率，来实现特定频率下的应用，先继设计出表面等离子体共振结构的太赫兹滤波器、超材料人工结构的太赫兹滤波器、光子晶体的太赫兹滤波器；
[0003]依据谐振情况，目前主要研究的谐振模式是偶极子谐振和LC谐振，LC谐振效应，这种谐振是在开口处形成一个等效电容，谐振产生的电流沿着开口处的上下金属杆之间循环流动，电能和磁能交替存储在开口处和金属杆处，增强开口处的电场会使得金属杆上的磁场能减弱，反之亦然，这种形式就如同电路系统里面的电容充放电过程，开口处构成了电容，储存磁能的地方类似于电感；
[0004]但是当前传统的基于金属
‑
介质滤波器结构的阻带普遍较窄，有上升沿和下降沿不陡峭的缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种S型金属结构带割口的带阻滤波器，以解决现有技术中存在的传统的基于金属
‑
介质滤波器结构的阻带普遍较窄，上升沿和下降沿不陡峭的缺点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种S型金属结构带割口的带阻滤波器，所述带阻滤波器包括多层单元结构，多层所述单元结构从上至下依次堆叠设置，每层所述单元结构均包括金属层、两组线条结构和方形基底，所述金属层设置于所述方形基底的顶侧，且为S型结构，两组所述线条结构均设置于所述方形基底的上侧，且两组所述线条结构相对设置于所述金属层的两侧；
[0007]每层所述单元结构还具有四个形状为长方体的第一割口，每个所述第一割口的厚度等同于对应所述方形基底的厚度和对应所述金属层厚度之和，每个所述第一割口的底边为边长与所述方形基底的厚度相同正方形。
[0008]所述金属层厚度m＝1.2μm，所述金属层的线宽w＝6μm，两组所述线条结构的长度Py＝40μm，所述方形基底的厚度h＝12μm，边长Px＝64μm，四个所述第一割口的底边边长n＝12μm，所述第一割口的厚度为h+m＝13.2μm，所述单元结构的数量为5层，当太赫兹波束从Zmax方向入射，经过所述金属层与所述方形基底层，产生磁耦合效应以及多层所述单元结构的叠加效应来达到完美的滤波效果。
[0009]其中，所述金属层采用金属银制成，所述金属层具有四组八个形状为长方体的第二割口，所述第二割口底边为正方形，且所述第二割口厚度与所述第一割口的厚度相同。
[0010]本申请提出的单元结构使用有限元(FEM)进行数值计算，在三维模型中，Z方向上使用具有完全匹配层(PML)收边界条件的FLoquet端口，并且在X和Y方向上的单元格设置了周期性边界条件，定仿真模型周围是折射率nr＝1的均匀介质，透射率T(f)和反射率R(f)由模型结果中的S参数计算，其中，T(f)＝|S
21
|2，R(f)＝|S
11
|2；
[0011]金属材质选用银，在可见光谱中，银是损耗最低的金属，根据Drude
‑
Lorentz近似来建模，该模型提供的银的介电常数与频率关系，如下所示：
[0012][0013]其中ε
∞
＝3.7，ω
p
＝9.1eV，γ＝0.018eV，分别为频率趋于无穷大时的相对介电常数，等离子体振荡的固有频率，金属中自由电子的碰撞衰减频率，所述第二割口底边边长g＝3μm，厚度为h+m＝13.2μm；
[0014]基于金属线割结构以及等效电路的模型构建：
[0015]单元结构如图1所示，l为上层结构的长，w为宽，等效电路模型如图2所示，两个电容分别为上层金属线条与底层材料的耦合等效而成，可用表达式(C＝(wl/2)/t)，电路中的电感等效为两个平行平面中间的电感(L＝(lt/2))；由此可得出谐振频率为：
[0016][0017]由上式可得出谐振频率与介质层厚度t并不敏感，单元线割结构的谐振频率取决于等效的电感L和电容C的值，对于结构的简单部分，可用此电路模型进行解释，并根据设计的结构形状和几何尺寸来获得所需的谐振响应频率。
[0018]对于稍复杂结构的部分可用洛伦兹模型、德鲁模型以及洛伦兹—德鲁模型解释。在超材料中，传输率满足以下德鲁洛伦兹响应：
[0019][0020]其中，谐振频率ω
i
、线宽γ
i
、相位延迟影响共振响应深度，通过公式的参数关系，可以相应的优化参数来对滤波器进行优化。
[0021]其中，所述单元结构的层数为1～5层。
[0022]透射对比实验：
[0023]1层单层结构透射结果如图7，根据图7所述单层结构在0.1～3thz范围内出现两个阻带，虽阻带的滤波性能不完好，但在阻带内可以观察到两个谐振点，左边低频为f1＝0.67THz，右边高频谐振点为f2＝2.63THz，将低频阻带为BW1，高频部分阻带为BW2，在谐振点处透射率极低，虽然在谐振点滤波器的透射率极低，左边低频部分阻带BW1达到0.48thz而右边的高频部分阻带BW2达到1.11thz，但是滤波器的BW1、BW2下降沿过于平缓，最陡峭处仅为121db/thz，且平缓处低至11.5db/thz，非常不利于滤波，还需对结构改造；
[0024]2层单层结构透射结果如图8，3层单层结构透射结果如图9，4层单层结构透射结果如图10，5层单层结构透射结果如图11，
[0025]通过对不同层数的透射曲线图分析可得出，随着层数的增加，低频和高频处产生的宽带变得更宽、更易显现，通过仿真数据分析和计算，可得到5层结构的低频带宽为
0.523THz，带内的平均透射率达到0.8％，该阻带对0.42～0.94THz的太赫兹波抑制率达到99％之多，可以很好的滤除低频区间的波段；高频处的带宽为0.694THz，带内的平均透射率达到0.2％，该阻带对于1.73～2.42THz的太赫兹波段的抑制率达到99％多，可以很好的滤除高频区间的波段；对比其他多层结构，5层结构的阻带底部透射率明显降低，且在低频段BW1处的上升沿和下降沿斜率分别达到312dB/THz和500dB/THz；在高频段BW2处的上升沿和下降沿的斜率分别达到200dB/THz和417dB/THz；两个阻带均实现了上升沿和下降沿陡峭的目的，总体分析，五层结构的相比于其他层结构，虽阻带带宽有略微的缩小趋势，但从带内透射率和上升沿和下降沿斜率角度出发，五层结构所展现的优远大于缺，滤波器性能较好，可以达到实际应用的要求，具有一定的使用价值。
[0026]其中，所述金属层的线宽为3～7μm。
[0027]通过分析结构层数的影响，得到五层结构各项的参数较优，故将结构优选为五层；之后分析上层银材料金属层的宽度给单元结构带来的影响，通过改变参数w的大小，选取五个参数进行扫描结果分析本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.S型金属结构带割口的带阻滤波器，其特征在于，所述带阻滤波器包括多层单元结构，多层所述单元结构从上至下依次堆叠设置，每层所述单元结构均包括金属层、两组线条结构和方形基底，所述金属层设置于所述方形基底的顶侧，且为S型结构，两组所述线条结构均设置于所述方形基底的上侧，且两组所述线条结构相对设置于所述金属层的两侧；每层所述单元结构还具有四个形状为长方体的第一割口，每个所述第一割口的厚度等同于对应所述方形基底的厚度和对应所述金属层厚度之和，每个所述第一割口的底边为边长与所述方形基底的厚度相同正方形。2.如权利要求1所述的S型金属结构带割口的带阻滤波器，其特征在于，所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛军浩，王阳，黄锦，苗红堂，许川佩，朱爱军，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：