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通過的通道，在通道的中央設有諧振腔，所述諧振腔中設置有內部介質柱和八個散射介質柱；輸入波導與輸出波導位于同一直線上，作為信號光的太赫茲波從輸入波導的左端輸入，從輸出波導的右端輸出。本實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現特定條件下的通信等特點。
【專利說明】
-種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器
技術領域
[0001] 本實用新型設及一種太赫茲無源器件技術領域，特別設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】
[0002] 由于現代通信行業的大力發展和電磁資源的有限性，低頻電磁資源已經分割完 畢，有必要向高頻電磁波段開發資源，同時順應個人通信設備便攜式、微小化發展的趨勢， 太赫茲波段的器件應運而生。同時，光子晶體能夠應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和成像系統的關鍵器件之一，對其進行 深入研究將會極大地促進太赫茲通信系統、成像系統W及化學生物監測等太赫茲領域新型 技術的發展。
[0003] 隨著太赫茲技術和光子晶體技術的不斷發展，近年來人們提出了很多種光子晶體 太赫茲濾波器。根據其頻率響應特性，現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或 缺陷。
[0004] 目前，大多數太赫茲帶通濾波器的響應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，使其應用受限；同時其帶寬較窄，不能滿足太赫茲通信系統的要求， 運就亟需本領域技術人員解決相應的技術問題。
【發明內容】
[0005] 本實用新型旨在針對現有濾波器在太赫茲大氣通信頻段上的不足，提供一種可應 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] 為了實現本實用新型的上述目的，本實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通過的通道，在通道的中央設 有諧振腔，所述諧振腔中設置有內部介質柱和八個散射介質柱。
[0007] 在本實用新型中所述通道的一端為輸入波導，另一端為輸出波導，輸入波導與輸 出波導位于同一直線上。作為信號光的太赫茲波從輸入波導的左端輸入，從輸出波導的右 端輸出。
[000引光子晶體呈正方形周期性分布。散射介質柱對稱分布在通道的兩側，每側四個，使 進入諧振腔的光波能夠更有效的傳播;所述內部介質柱為兩個，構成2x1的矩形，設置于通 道中間。
[0009] 所述內部介質柱的半徑為5?:μπι:，散射介質柱的半徑為2?μην.，輸入波導和輸出波 導上下兩行介質柱半徑為58胃:;。該尺寸有利于帶寬達到最大值，矩形系數達到最小值。
[0010] 所述的內部介質柱的材料為Hg化，該材料的介電常數大，使達到的效果更好。
[0011] 所述的散射介質柱和光子晶體的材料為Si,該材料的介電常數大，可提高濾波器 的透射率。
[0012] 信號光w高斯波作為入射波，從輸入波導的左側進入本實用新型，在輸入波導中 與諧振腔發生禪合作用，采用忍巧的內部介質柱，帶有八個散射介質柱的諧振腔結構，當 光波到諧振腔時，由于諧振腔的局域選頻作用，只有符合腔內的諧振腔頻率為300.9- 375.1G化光波才可W產生共振，并禪合進入諧振腔，繼而實現對300.9-375.1G化范圍內的 濾波。
[0013] 本實用新型的光子晶體寬帶太赫茲濾波器的濾波原理是：當所有頻率的光波由輸 入端口輸入時，只有帶隙內的頻率的光波才可W在光子晶體波導中傳播，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內傳播。當光波到達諧振腔時，因為諧振腔的 局域選頻作用，只有符合腔內的諧振腔頻率的光波才可W產生共振，并禪合進入諧振腔，繼 而得W輸出。通過改變諧振腔內部介質柱和散射介質柱及輸入、輸出波導上下兩行介質柱 的半徑，W加強諧振腔結構W及輸入、輸出波導結構對光波能量的束縛，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] 本實用新型的有益效果是：本實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現特定條件下的通信等特 點，具有優良的傳輸特性。
【附圖說明】
[0015] 本實用新型可W通過附圖給出的非限定性實施例進一步說明。
[0016] 圖1為本實用新型的光子晶體寬帶太赫茲濾波器立體結構示意圖；
[0017] 圖2為本實用新型的光子晶體寬帶太赫茲濾波器的X-Z平面結構示意圖；
[001引圖3為本實用新型的頻率響應圖；
[0019] 圖4為本實用新型的穩態響應圖。
【具體實施方式】
[0020] 本實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，在通道的中央設有諧振腔3,所述諧振腔3中設置有內 部介質柱5和八個散射介質柱6。所述通道的一端為輸入波導2,另一端為輸出波導4,輸入波 導2與輸出波導4位于同一直線上，作為信號光的太赫茲波從輸入波導2的左端輸入，從輸出 波導4的右端輸出。所述散射介質柱6對稱分布在通道的兩側，每側四個;所述內部介質柱5 為兩個，設置于通道中間，使進入諧振腔的光波能夠更有效的傳播。
[0021] 在本實用新型的一【具體實施方式】中內部介質柱5的半徑ri為511^1，散射介質柱6 的半徑η為2?μL扣，輸入波導和輸出波導上下兩行介質柱7的半徑η為58:μL打，其中內部介 質柱5的材料為HgTe，散射介質柱6和光子晶體1的材料為Si。通過改變散射介質柱和內部介 質的半徑，減少波導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] 所述的信號光W高斯波作為入射波，在輸入波導中與諧振腔發生禪合作用；采用 2 X 1的內部介質柱，帶有八個散射介質柱的諧振腔的結構，當光波到達諧振腔時，由于諧 振腔的局域選頻作用，只有符合腔內的諧振頻率為300.9-375.1G化光波才可W產生共振， 并禪合進入諧振腔，繼而實現對300.9-375. IG化范圍內的濾波。
[0023] 所述的諧振腔，具有局域選頻作用，只有符合腔內的諧振頻率的光波才可W產生 共振。
[0024] 在本實施例的基礎上，改變所述光子晶體、諧振腔、內部介質柱和散射柱的尺寸大 小能根據需要設計出不同頻率范圍的濾波器。
[0025] 為了適應高速率、超寬帶太赫茲通信系統的發展，本實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，具有實際的應用價值。如圖2所示，采用波導和諧振腔組 合的結構，實現了對300.9-375.1G化的濾波，中屯、頻率為338G化，帶寬為74.2GHz，帶內文波 為0.1地，矩形系數為1.3。
[0026] 當300.9-375. IGHz范圍內的太赫茲波從輸入端輸入時，其達到穩態時的場強分布 如圖3所示，從場強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，上面的實施例只是用于進一步闡述本實用新型，W便于本 領域的普通技術人員更好地理解本實用新型。本實用新型已通過文字掲露了其首選實施方 案，但通過閱讀運些技術文字說明可W領會其中的可優化性和可修改性，并在不脫離本實 用新型的原理和宗旨的情況下進行改進，但運樣的改進仍屬于本實用新型權利要求的保護 范圍。
【主權項】
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)的中間有一供信號通過的通道，在通道的中央設有諧振腔(3)，所述諧振腔(3)中設 置有內部介質柱(5)和八個散射介質柱(6)。2. 根據權利要求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(2)，另一端為輸出波導(4)，輸入波導(2)與輸出波導(4)位于同一直線上。3. 根據權利要求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 質柱(6)對稱分布在通道的兩側，每側四個;所述內部介質柱(5)為兩個，設置于通道中間。4. 根據權利要求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. 根據權利要求1到4任一項所述一種新型光子晶體寬帶太赫茲濾波器，其特征在于： 所述內部介質柱(5)的半徑為51 μπι，散射介質柱(6)的半徑為21μηι。6. 根據權利要求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 (2)和輸出波導(4)上下兩行介質柱(7)的半徑為58μπι。7. 根據權利要求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:所述內部介質柱(5)的材料為HgTe。8. 根據權利要求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:所述散射介質柱(6)和光子晶體(1)的材料為Si。9. 根據權利要求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】H01P1/20GK205484875SQ201620068804
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月25日
【發明人】胡章芳, 李巖巖, 羅元, 劉金蘭
【申請人】重慶郵電大學