[实用新型]一种基于三缺陷模耦合的波导型可调谐太赫兹带通滤波器

说明书

本实用新型提供一种基于三缺陷模耦合的波导型可调谐太赫兹带通滤波器，其由包含由低损耗金属构成的起伏管壁周期波导结构和缺陷结构构成，所述起伏管壁周期波导结构在太赫兹频段具有布拉格禁带，起伏管壁周期波导结构依据色散曲线计算确定。本实用新型按照一定方式在起伏周期结构波导中引入三个缺陷结构，使三个缺陷模相互耦合以达到拓宽透射谱的目的，实现具有一定带宽的带通滤波效果。本实用新型提供了一种结构紧凑、低损耗、大范围可调谐的宽带太赫兹波导带通滤波器。

技术领域

本实用新型属于太赫兹功能器件技术领域，具体涉及一种基于三缺陷模耦合的波导型可调谐太赫兹带通滤波器。

背景技术

太赫兹波是所有电磁波中尚未得到很好地开发应用的一个波段，常被称为“太赫兹间隙”。太赫兹波位于微波与红外光波之间，通常指的是频率为0.1-10THz，波长为3000-30mm这一范围的电磁波。太赫兹波具有脉冲窄、光子能量低、穿透性强等独特的物理特性，使其在波谱成像、生物医学与环境科学、天文物理、安全监测与质量控制、材料科学、通信技术等领域有广阔的应用前景。

滤波器主要分为高通、低通、带阻、带通四种类型，其主要功能是在通讯系统中实现选频、分频和隔离信号。随着无线通信系统的迅猛发展，不同协议、不同频段之间的干扰也越来越严重，滤波器的重要性越发凸显。

金属波导由于其出色的带宽和功率耦合能力而成为一种重要的太赫兹波传输设备。目前太赫兹滤波器主要基于二维光子晶体、超颖材料、表面等离子体等结构。上述这些结构的太赫兹滤波器与波导型滤波器相比，结构比较复杂、制作工艺难度较大，空间结构抗干扰能力差、需要封装，造价相对比较昂贵。金属波导滤波器是完全的金属闭合结构，避免了电磁辐射和介质损耗，不需要考虑封装问题。除此之外，波导在集成度和紧凑尺寸方面具有明显的优势。因此，有效的波导结构及其功能器件可以促进小型化和高度集成的太赫兹系统的发展。

自从缺陷态被发现以来，它被广泛地研究和应用于各种功能器件中。2009年南京邮电大学光通信研究所的陈鹤鸣和孟晴在《物理学报》上发表了《高效光子晶体太赫兹滤波器的设计》，研究了太赫兹波在二位光子晶体中的传播特性，利用波导线缺陷和腔体点缺陷的耦合特性实现滤波功能；2010年X.K.Kong等人在Phys.Plasmas上发表了文章“A noveltunable filter featuring defect mode of the TE wave from one-dimensionalphotonic crystals doped by magnetized plasma”，研究了一种具有磁化等离子体掺杂的一维光子晶体TE波缺陷模式的可调谐滤波器。2011年赵冬梅等在《红外》上发表文章《太赫兹波段可调窄带滤波器》，研究了基于亚波长阵列结构，最小带宽为0.04THz的可调谐的太赫兹滤波器。2014年J.N.Munday等人在J.Acoust.Soc.Am.上发表了文章“Band gaps anddefect modes in periodically structured waveguides”，研究了一种利用直径调制波导形成简单的一维Bragg系统，从理论和实验上研究了带隙和缺陷模的特性。2018年L.Zhang等人在Phys.Lett.A上发表了文章“A magnetically tunable non-Bragg defectmode in a corrugated waveguide filled with liquid crystals”，研究了一种填充液晶的周期波导中的磁调谐非布拉格缺陷模式滤波器。然而，大多数的研究都集中在单一的窄带缺陷模式上。

实用新型内容

基于现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于三缺陷模耦合的波导型可调谐太赫兹带通滤波器，其属于低损耗、结构简单紧凑、大范围可调谐、宽带的太赫兹带通滤波器，其按照特定方式在周期结构波导内部引入三个缺陷结构产生三个缺陷模，使三个缺陷模相互耦合以达到宽带带通滤波，并且可以通过缺陷长度的调节实现带通频率可调谐的带通滤波。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：