本发明属于太赫兹超材料,具体涉及一种可调太赫兹超材料带阻滤波器。
背景技术:
1、太赫兹波介于微波与远红外波之间,通常是指频率范围在100ghz-10 thz之间的电磁波,具有能量较低,穿透力较强等特点,在成像、通信、生物学、医学和安全应用等领域具有很大的应用潜力。但是,由于太赫兹功能器件的缺失,导致其尚不能完全满足实际应用的需求。因此,包括调制器、滤波器、吸收器、光学开关等在内的太赫兹功能器件亟需取得突破。超材料作为一种人造结构,通常是由周期排列的阵列单元组成,具有在亚波长尺度下,通过改变阵列单元的形状及尺寸来调控其等效介电常数和等效磁导率,以实现操控电磁波的能力,从而实现自然界中不存在的物理现象,如负折射率、零折射率、后向波等。
2、近年来,随着研究的不断深入以及拓宽,如今超材料已广泛应用于各种功能器件,如生物化学传感器、谐振器、波导调制器、吸收器和滤波器等,其中超材料滤波器作为实现太赫兹通信、探测、成像等技术的关键器件之一,已是研究者研究热点之一,目前,已经实现了角度、单频、多频、宽带阻的太赫兹滤波器,然而,当超材料的结构参数一旦确定,就只能在特定的谐振频率实现滤波功能。
3、被动式超材料在器件设计好后,光学性能固定,无法动态调整其工作频率以及性能,因此,光学参数可调控的主动式超材料的研究就显得非常迫切。二氧化钒(vo2)作为一种可控的相变材料,可以通过调制光、电或热来控制二氧化钒从绝缘状态到金属状态的转变,因此本发明通过二氧化钒可以实现太赫兹超材料的可重构和调谐性。
技术实现思路
1、本发明提供了一种可调太赫兹超材料带阻滤波器,解决了现有超材料的结构参数一旦确定便只能在特定的谐振频率实现滤波功能的问题。
2、为了解决上述技术问题,本发明的技术方案为:一种可调太赫兹超材料带阻滤波器,所述可调太赫兹超材料带阻滤波器包括周期排列的多个单元结构;
3、所述单元结构包括从上到下依次设置的顶层、介质层和底层;所述顶层、介质层和底层的中心点位于同一直线上;
4、所述顶层与底层均为金属-二氧化钒复合层,且所述顶层与底层的谐振单元结构相同;所述谐振单元结构包括金属结构和二氧化钒结构。
5、进一步地,所述金属结构为正方形金属环,所述正方形金属环的四个内壁均与两条相连的二氧化钒相连。
6、进一步地,所述金属结构的材料为铝、铜和金中的任意一种。
7、进一步地,所述金属结构和二氧化钒结构的厚度相同。
8、进一步地,所述正方形金属环的边长小于介质层的边长;所述正方形金属环的四条侧边与所述介质层的四条侧边分别平行设置。
9、进一步地,所述正方形金属环的长度为86~96μm,所述正方形金属环的宽度为6~8μm。
10、进一步地,所述两条相连的二氧化钒的形状采用t型、正方形和长方形中的任意一种。
11、进一步地,所述介质层的材料采用topas材料、polyimide材料、二氧化硅材料和聚二甲基硅氧烷材料中的任意一种。
12、进一步地,所述单元结构的周期排列形式采用正方形晶元排布。
13、本发明的有益效果是:(1)本发明采用复合层-介质-复合层的结构,极大的拓宽了滤波器的带阻宽度以及带阻深度;
14、(2)本发明的周期性单元结构具有对称性,在电磁波垂直入射的条件下,极化角度的变化不会对太赫兹超材料带阻滤波器的性能产生影响,即该滤波器具有良好的对极化角响应稳定性;
15、(3)本发明复合层由金属结构和二氧化钒结构组成,将二氧化钒作为谐振结构的一部分,二氧化钒是一种变相材料,相变温度较低,可以通过调制光、电、热来控制二氧化钒单元从金属到绝缘相转变,实现太赫兹超材料带阻滤波器的频带宽度、中心频率可调性。
1.一种可调太赫兹超材料带阻滤波器,其特征在于,所述可调太赫兹超材料带阻滤波器包括周期排列的多个单元结构;
2.根据权利要求1所述的可调太赫兹超材料带阻滤波器,其特征在于,所述金属结构为正方形金属环,所述正方形金属环的四个内壁均与两条相连的二氧化钒相连。
3.根据权利要求1所述的可调太赫兹超材料带阻滤波器,其特征在于,所述金属结构的材料为铝、铜和金中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的可调太赫兹超材料带阻滤波器,其特征在于,所述金属结构和二氧化钒结构的厚度相同。
5.根据权利要求1所述的可调太赫兹超材料带阻滤波器,其特征在于,所述正方形金属环的边长小于介质层(2)的边长;所述正方形金属环的四条侧边与所述介质层(2)的四条侧边分别平行设置。
6.根据权利要求2所述的可调太赫兹超材料带阻滤波器,其特征在于,所述正方形金属环的长度为86~96μm,所述正方形金属环的宽度为6~8μm。
7.根据权利要求2所述的可调太赫兹超材料带阻滤波器,其特征在于,所述两条相连的二氧化钒的形状采用t型、正方形和长方形中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的可调太赫兹超材料带阻滤波器,其特征在于,所述介质层(2)的材料采用topas材料、polyimide材料、二氧化硅材料和聚二甲基硅氧烷材料中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的可调太赫兹超材料带阻滤波器,其特征在于,所述单元结构的周期排列形式采用正方形晶元排布。