[发明专利]一种太赫兹宽带滤波器

说明书

本发明提供了一种超宽带的动态可调太赫兹滤波器，由多个微米级别的结构单元排列形成，所述结构单元采用介质‑金属/石墨烯‑介质‑金属/石墨烯‑介质夹层的方式设计。得到的宽带滤波器在2.11THz‑3.60THz范围内，透射率均在80％以上，在2.54THz‑2.76THz范围内透射率均在90％以上。本发明的太赫兹滤波器不仅具有较高的透射率，而且半波全宽频率达到了2.02THz，解决了目前在大幅度频段范围内不能高效率进行太赫兹波信号选择的问题，能够消除干扰信息，提高系统精度。

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，具体涉及一种太赫兹宽带滤波器及其使用方法和制备方法。

背景技术

太赫兹波(Terahertz，简称THz)的频率范围是0.1THz到10THz，在信息通信、物体成像、医学诊断和安全等领域有着广泛的应用潜力。在太赫兹的应用技术中，某些特定波段会具有特征性识别，而当中会存在不可避免的扰动信号，这就需要太赫兹滤波器来消除，从而提高系统的性能，因此太赫兹滤波器是太赫兹应用技术的重要器件。

目前，也有许多关于太赫兹滤波器的研究，但是现有技术多为带阻滤波器，并且滤波谱线不太理想，色散也比较大，例如Yi-Ju Chiang等人设计了单层金属-介质-金属夹层结构，实现0.5THz带宽的滤波器，透射效果不高，仅有75％；Dandan Sun等人采用单层金属介质得到约0.2THz宽带的滤波器，在带宽方面又缺少调控。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明通过对太赫兹滤波器的微结构单元进行结构设计与优化，提出了一种具有超宽的带宽频率，高透射率以及动态可调的太赫兹滤波器。

具体通过以下技术方案实现：

一种太赫兹滤波器，包括金属和介质层，所述太赫兹宽带滤波器由多个微结构单元排列形成，所述微结构单元由下往上依次包括第一介质层、第一金属石墨烯结构层、第二介质层、第二金属石墨烯结构层和第三介质层，多层夹杂结构，会使得多共振光谱响应源于不同层之间沿传输方向的纵向耦合，导致宽带更宽并且更平坦；所述第一金属石墨烯结构层和第二金属石墨烯结构层分别包括一个方环形金属结构、一个方环形石墨烯结构以及一个方形金属结构，在所述第一金属石墨烯结构层和第二金属石墨烯结构层中，所述方环形金属结构、方环形石墨烯结构以及方形金属结构由外侧向中心依次设置。

进一步地，第一介质层的厚度为9μm-11μm，第二介质层的厚度为11μm-13μm，第三介质层的厚度为14μm-16μm；所述介质层长度为50μm-60μm，所述介质层宽度为40μm-50μm；所述方形金属结构的边长为7μm-9μm，所述方环形石墨烯结构的环距为4μm-6μm，所述方环形金属结构的环距为4μm-6μm。这些参数范围均是针对折射率进行的优化，使用这些范围内的参数能够获得更优的折射率。

优选地，所述方环形金属结构一条边的长度与所述第一介质层、第二介质层和第三介质层的宽度分别相等，这种情况下，能够提高滤波效果。

优选地，所述方环形石墨烯结构的环距与所述方环形金属结构的环距相等，方环形石墨烯结构的环距与所述方环形金属结构的环距的大小关系影响着太赫兹宽带滤波器的滤波效果，当二者相等时，能够得到较高的透射率。

优选地，所述方环形石墨烯结构的外围四周与所述方环形金属结构的内围四周之间留有间隙，所述间隙宽度小于方环形石墨烯结构的环距，保持间隙能够激发表面等离子激元的耦合行为，从而有助于太赫兹宽带滤波器的动态调节。

优选地，所述第一介质层、第二介质层和第三介质层的厚度依次递增，依次递增的厚度，使得光程不同，同样也会影响着滤波效果，能够提高透射率。

进一步地，所述方环形金属结构的材料为金、铝或者银。

进一步地，所述介质层的介电常数为2.8-3.2，介电常数为3.0能够达到最优的效果。因为介质层的介电常数会影响介质内自由电荷的漂移运动，从而影响其与金属之间作用的。