[发明专利]一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器及调谐方法

说明书

本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器及调谐方法，该太赫兹滤波器包括金属盖板和矩形结构的周期金属光栅；所述金属盖板为厚度不变的平板，平行间隔设于所述周期金属光栅正上方，所述金属盖板的高度可根据太赫兹滤波器的阻带的中心频率和带宽进行灵活设置。相比于现有技术，本发明提供的封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器可以仅仅通过改变金属盖板的高度实现周期金属光栅表面SSP模式传输特性的调谐，具有结构简单、紧凑，且动态可调谐的优势。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器及调谐方法。

背景技术

周期金属光栅作为一种典型的电磁结构，在整个电磁波段都得到了大量研究和应用，而矩形结构的金属光栅更是因其结构简单、加工方便、热承载大等优点受到重点关注。特别是近年来，随着人工电磁结构及超材料的出现和不断发展，周期金属光栅的人工表面等离激元(Spoof surface plamons,SSP)传输模式引起了研究者们的广泛关注。SSP是一种局附在周期金属结构表面的特殊电磁模式，具有极强的近场增强效应和局域共振效应。SSP被视为一种表面慢波，其色散曲线在光线以下，其传输波矢随着频率的增大而增大，场分布为亚波长尺度，且随着表面距离的增大而呈指数衰减，其能量也随着传输距离而下降，同时，其传输特性能够根据周期金属光栅结构参数的改变实现任意改变。目前，基于周期金属光栅实现SSP传输在微波和太赫兹频段得到了大量研究和应用。

尽管周期金属光栅具有以上优异的特性，也在太赫兹波聚焦、导波与电路系统、滤波器和功分器、模式转换器、有源开关、天线阵列、传感等领域都得到了研究和应用。但是，现有技术中采用的单一周期金属光栅往往在SSP传输的垂直方向上是开放的边界条件，因此SSP的传输会受到外界信号的干扰和影响，如共面波导和传输线。并且，单一周期金属光栅结构SSP传输特性的改变，须通过改变周期金属光栅结构几何参数来实现，比如改变周期金属光栅的深度和/或周期。而在金属光栅已经加工成型的情况下，几何参数也随之确定，因此，SSP的传输特性不能在实际中实现动态调谐，对其应用造成了诸多限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中周期金属光栅SSP传输易受到外界环境干扰，且难以实现动态调谐的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器，包括：金属盖板和矩形结构的周期金属光栅；

所述金属盖板为厚度不变的平板，平行间隔设于所述周期金属光栅正上方；

所述太赫兹滤波器SSP传输阻带的下频率由SSP慢波模式的渐进频率决定，上频率由SSP快波模式的截止频率决定。

优选地，所述周期金属光栅的各个开槽内均填充有第一介质，所述周期金属光栅与所述金属盖板之间填充有第二介质。

优选地，所述第一介质的介电常数为ε₁，所述第二介质的介电常数为ε₂，SSP慢波模式的渐进频率fs＝(C/4h)*(1/sqrt(ε₁))，SSP快波模式的截止频率fc＝(C/2πh)*sqrt(3*(G*d/a+ε₂*h)/h)，其中，C表示真空中的光速，h表示周期金属光栅开槽深度，a示周期金属光栅开槽宽度，d表示周期金属光栅开槽排列周期，G表示金属盖板高度。

优选地，所述第一介质和/或所述第二介质为特氟龙、玻璃、硅中一种。

本发明还提供了一种太赫兹滤波器调谐方法，采用如上述任一项所述的封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器实现，具体调谐步骤包括：

S1、获取所述封闭式周期金属光栅SSP太赫兹滤波器的结构参数，包括所述周期金属光栅的开槽宽度、开槽深度、排列周期；