多滤波峰可调谐带通滤波器及调节方法

摘要

本发明涉及一种多滤波峰可调谐带通滤波器及调节方法，包括两部分，两部分结构形状、大小、厚度均相同，每部分都由两种不同折射率的电介质L与H交错叠加，最后一层为电介质层D，结构为(LH)ND，电介质层H、L的厚度分别等于折射率的对应滤波峰的四分之一波长，电介质层D的材料同L但其厚度为L的2倍，两部分的电介质层D正相对，中间间隔G为空气，整个滤波器结构表示为：(LH)NDGD(HL)N，N为光子晶体的周期数。通过调节G的厚度，可改变滤波峰之间的距离。本发明结构简单，带通滤波峰调节方便，并且可以实现等间隔滤波峰进行波分复用，出现的多个滤波峰半高宽和透射率几乎相同，可通过调节滤波器俩部分参数弥补容差。

权利要求

1.一种基于一维光子晶体的多滤波峰可调谐带通滤波器，其特征在于，包括两部分，两部分结构形状、大小、厚度均相同，每部分都由两种不同折射率的电介质L与H交错叠加，最N后一层为电介质层D，结构为(LH)D，电介质层H、L的厚度分别等于电介质层折射率的对应滤波峰的四分之一波长，电介质层D的材料同L但其厚度为L的2倍，两部分的电介质层DN N正相对，中间间隔G为空气，整个滤波器结构表示为：(LH)DGD(HL)，N为电介质L与H交错叠加的周期数。

2.根据权利要求1所述基于一维光子晶体的多滤波峰可调谐带通滤波器，其特征在于，所述两种电介质L与H分别为不同折射率的各种晶体和非晶体。

3.一种如权利要求1的滤波器的调节方法，包括多滤波峰可调谐带通滤波器，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）将滤波器一部分竖直固接在滤波器支架上，滤波器另一部分通过样品架竖直固接在位移台上，位移台包括水平位移台和竖直位移台两部分，滤波器两部分保持间距，形成多通道可调滤波器；

2）打开时域信号检测系统，即TDS系统，将搭建好的可调滤波器放入到TDS系统中合适的位置，先调节竖直位移台左右和上下位置，使滤波器两部分保持在一水平面放置，并使中心处于光路中光轴附近，然后通过水平位移台调节滤波器两部分间距，将中间间隔G的厚度调到初始位置，采集数据；

3）再次调节位移台改变滤波器空气隙的厚度，采集数据，直到得到所有需要的滤波峰值。

说明书

多滤波峰可调谐带通滤波器及调节方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种太赫兹应用仪器，特别涉及一种基于一维光子晶体的多滤波峰可调谐带通滤波器及调节方法。

背景技术

[0002] 太赫兹（THz）波是位于微波和远红外线之间的电磁波。近年来，随着超快激光技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，使人们能够研究太赫兹。太赫兹在生物医学、安全监测、无损伤探测、天文学、光谱与成像技术以及信息科学等领域有着广泛的应用。而太赫兹波段的开发和利用离不开太赫兹功能器件，太赫兹滤波器由于是太赫兹无线通信领域的重要器件，其发展一直备受重视。2008年，美国俄克拉荷马州立大学的D.Grischkowsky等在《光学快报》上报道了利用电化学腐蚀方法制备了光子晶体谐振腔结构，实现了从0.75～1.05THz的窄带可调谐滤波（Opt. Lett.，33,348,2008）。2009年，基于二维介质的光子晶体太赫兹滤波得以实现。填充液晶等折射率可变材料，可以通过改变填充材料的折射率实现对滤波器的调谐。（J. Opt. Soc. AmB, 26(1),101,2009）。2012年，通过引入超材料(MetaMaterial)，得到了超高带宽、较高透射的导通滤波器。（Chin. Phys. Lett. 29(9),094209,2012）但是，以上的方法都只涉及到至多一个通道可调谐滤波，并且最多只是用一个谐振腔，也无法产生多个滤波峰。

发明内容

[0003] 本发明是针对太赫兹滤波器无法产生多个滤波峰的问题，提出了一种多滤波峰可调谐带通滤波器及调节方法，能够在太赫兹波段内获得一至多宽频段高品质因素的带通滤波峰，或通过调节相关参数，实现该带通滤波峰的频移。

[0004] 本发明的技术方案为：一种多滤波峰可调谐带通滤波器，包括两部分，两部分结构形状、大小、厚度均相同，每部分都由两种不同折射率的电介质L与H交错叠加，最后一层为N电介质层D，结构为(LH)D，电介质层H、L的厚度分别等于电介质层折射率的对应滤波峰的四分之一波长，电介质层D的材料同L但其厚度为L的2倍，两部分的电介质层D正相对，N N
中间间隔G为空气，整个滤波器结构表示为：(LH)DGD(HL)，N为光子晶体的周期数。

[0005] 所述两种电介质L与H分别为不同折射率的塑料、建筑材料或各种晶体和非晶体。

[0006] 一种多滤波峰可调谐带通滤波器调节方法，包括多滤波峰可调谐带通滤波器，具体包括如下步骤：

[0007] 1）将滤波器一部分竖直固接在滤波器支架上，滤波器另一部分通过样品架竖直固接在位移台上，位移台包括水平位移台和竖直位移台两部分，滤波器两部分保持间距，形成多通道可调滤波器；

[0008] 2）打开时域信号检测系统（TDS系统），将搭建好的可调滤波器放入到TDS系统中合适的位置，先调节竖直位移台左右和上下位置，使滤波器两部分保持在一水平面放置，并使中心处于光路中光轴附近，然后通过水平位移台调节滤波器两部分间距，将中间间隔G的厚度调到初始位置，采集数据；

[0009] 3）再次调节位移台改变滤波器空气隙的厚度，采集数据，直到得到所有需要的滤波峰值。

[0010] 本发明的有益效果在于：本发明多滤波峰可调谐带通滤波器及调节方法，结构简单，带通滤波峰调节方便，并且可以实现等间隔滤波峰进行波分复用，出现的多个滤波峰半高宽和透射率几乎相同，可通过调节滤波器俩部分参数弥补容差。

附图说明

[0011] 图1为本发明多滤波峰可调谐带通滤波器结构示意图；

[0012] 图2为本发明多滤波峰可调谐带通滤波器的实验装置图；

[0013] 图3为本发明多滤波峰可调谐带通滤波器实例中不同空气隙G厚度的透射率曲线图。

具体实施方式

[0014] 如图1所示多滤波峰可调谐带通滤波器结构示意图，滤波器分两部分，两部分结构形状、大小、厚度均相同，每部分都由两种不同折射率的电介质L与H交错叠加，最后一层N为电介质层D，结构为(LH)D，电介质层H、L的厚度分别等于电介质层折射率的对应滤波峰的四分之一波长，电介质层D的材料同L但其厚度为L的2倍，形成双个对称的缺陷层即双N N
腔，两部分的电介质层D正相对，中间间隔G为空气，整个结构可以表示为：(LH)DGD(HL)，N为光子晶体的周期数。

[0015] 如图2所示实验装置图，将其中一部分固定在样品架上，另一个部分通过样品架固定在位移台上，并通过调节位移台可以调节中央间隙G的厚度。通过调节中央间隙G的厚度，能够在太赫兹波段内获得一至多宽频段高品质因素的带通滤波峰。峰的数量由峰之间的间隔决定，而峰间隔可以通过调节中央间隙G的厚度而改变。在预想的频段上达到滤波的效果，实现多通道，波分复用的滤波功能。

[0016] 所述两种电介质分别为不同折射率的塑料、建筑材料或各种晶体和非晶体。

[0017] 所述的位移台由水平位移台和竖直位移台两部分，水平位移台控制滤波器两部分之间的空气隙G的厚度。

[0018] 本发明在低阶电磁波模式下，该滤波器可实现特定波长的多通道可调滤波，并且具有较高的带通滤波效果。通过调节中央间隙G的厚度，能够在太赫兹波段内获得一至多宽频段高品质因素的带通滤波峰。峰的数量由峰之间的间隔决定，而峰间隔可以通过调节中央间隙G的厚度而改变。

[0019] 电介质H与电介质L分别选取Si (3.42) 和 SiO2 (1.50)。 设计滤波峰中心频率为 0.5 THz，电介质层H与电介质层L的厚度为：44.12 μm 和 100 μm。光子晶体的周期数5 5
N 选为5。总的结构为(SiO2 Si)DGD(Si SiO2) 。滤波器两部分分别固定在支架和样品架上，并调节滤波器两部分的相对位置及空气隙G的厚度。根据下面步骤操作：

[0020] 1）先用机械加工的方法按尺寸加工出多个相同厚度的Si片，再用沉积的方法将SiO2附于Si片上，最后使用夹子将5片组合成滤波器的两个部分。

[0021] 2）如图2所示，将滤波器一部分固接在滤波器支架上，滤波器另一部分通过样品架固接在位移台上。滤波器两部分保持间距，保持在一水平面放置，形成多通道可调滤波器。

[0022] 3）打开时域信号检测系统（TDS系统），将搭建好的可调滤波器放入到TDS系统中合适的位置，先调节竖直位移台左右和上下位置，使滤波器两部分保持在一水平面放置，并使中心处于光路中光轴附近。然后通过水平位移台调节滤波器两部分保持间距，将空气隙G的厚度调为为 150 μm 或其整数倍。水平位移台可改为螺旋测微计或类似装置，可以移动并测距的装置。

[0023] 4）调节水平位移台改变滤波器空气隙的厚度，采集数据。结构如图3所示从上到下，空气隙的厚度分别为：300、600、1200、1500 μm 时的透射率曲线图。

[0024] 本发明在太赫兹波段的低阶低阶电磁波模式下的特点如下：

[0025] 1、材料广泛，结构简单。仅需两种不同折射率的电介质即可，材料广泛，结构简单，易于加工。

[0026] 2、调节方便。不同的滤波效果，可以只通过调节中央间隙G的厚度，能够在太赫兹波段内获得一至多宽频段高品质因素的带通滤波峰。

[0027] 3、滤波峰位置可以估计和设计，原理简单。滤波峰中心频率完全由单层电介质厚度决定，为考虑折射率的对应滤波峰的四分之一波长。原理简单，易于估计和设计不同特定频率的滤波器。

[0028] 4、通过调节滤波器两个部分的间距可以弥补电介质层制作容差，实现设计好的指定频率处的滤波。