[实用新型]一种可调双频超材料滤波器

说明书

本实用新型公开了一种可调双频超材料滤波器。滤波器由两个相互平行的平面超材料构成。这两个平面超材料具有相同的谐振结构分布周期和分布方向。当调节它们之间的相对位置时，它们的谐振结构间的耦合状态就会发生改变，从而引起谐振频率的变化。通过两个调节维度的配合，本实用新型可以实现单独调节两个谐振频率中的任何一个，而保持另一个谐振频率不变。本实用新型适用于微波、太赫兹波和光波波段。

技术领域

本实用新型涉及一种频率可调节的双频超材料滤波器，属于人工超材料技术领域。

背景技术

由亚波长周期性结构构成的人工超材料为滤波器的设计提出了一条全新的路线。多种基于超材料的滤波器已经应用到成像、传感等领域。但是相对于仅具有单一固定频率的滤波器，可单独调节的多频率滤波器更加适应多变的应用需求。一般，可单独调节的多频超材料，如Pitchappa等人在文章《Microelectromechanically reconfigurableinterpixelated metamaterial for independent tuning of multiple resonances atterahertz spectral region》（Optica, 2, 571-578, 2015）中提出的双频率超材料，都是采用多个相互之间无耦合的谐振结构横向排列构建谐振单元。虽然每个谐振结构负责不同的谐振频率，调节比较方便，但是横向排列的方式本身加大了谐振单元的整体尺寸。而谐振单元尺寸的增大会使超材料的衍射频率变低，从而间接限制了最高谐振频率。同时，整体尺寸的增大使每一个谐振结构的分布密度变小，从而降低了谐振强度。

由各谐振结构纵向排列构建谐振单元可以避免谐振单元横向尺寸的增大。但是纵向上紧密排列的谐振结构之间会发生电磁耦合，从而使各个谐振频率不再相互独立。Seetharaman等人在文章《Electromagnetic interactions in a pair of coupledsplit-ring resonators》（Physical Review B 96, 085426, 2017）中讨论了这些耦合，认为谐振结构间的耦合会令谐振频率发生偏移、分裂和宽度改变等变化。对其中任何一个谐振频率的调节，同时会引起其他谐振频率的变化。因此如何设计超材料结构，使得纵向组合的多频率超材料能够实现对每个谐振频率的单独调节，是目前研究者所面临的一个难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种采用纵向组合的可调双频超材料滤波器，通过两个调节维度的配合调节，实现对每个谐振频率的单独调节。

本实用新型提供了如下技术方案：一种可调双频超材料滤波器，包括第一平面超材料、第二平面超材料、二维移动机构和基座；所述第一平面超材料垂直固定在所述基座上，所述第二平面超材料垂直固定在所述二维移动机构上，所述二维移动机构固定在所述基座上，所述第一平面超材料和所述第二平面超材料以一个小的间距平行放置；所述第一平面超材料由片状基底和在基底的一个表面上呈二维周期性分布的第一金属谐振单元构成，所述第二平面超材料由片状基底和在基底的一个表面上呈二维周期性分布的第二金属谐振单元构成；所述第一金属谐振单元和所述第二金属谐振单元具有相同的分布周期p和排布方向。

进一步地，所述第一金属谐振单元为“U”形开口环谐振器；所述第二金属谐振单元由所述第一金属谐振单元的“U”形结构底边中心添加一个开口构成；所述第一金属谐振单元和所述第二金属谐振单元的“U”形结构底边朝向相反的方向。

进一步地，所述第一平面超材料和所述第二平面超材料的位置，需要满足同一周期内的所述第一金属谐振单元“U”形结构的两臂和所述第二金属谐振单元“U”形结构的两臂，在“U”形结构两臂的垂直方向上的投影重合。

进一步地，所述二维移动机构可载动所述第二平面超材料远离或靠近所述第一平面超材料，以实现谐振频率的调节；当所述第二平面超材料远离所述第一平面超材料时，较低的谐振频率的频率值变高，较高的谐振频率的频率值变高或变低。