[发明专利]一种基于超颖材料的太赫兹三波段窄带带通滤波器

摘要

本发明公开了一种基于超颖材料的太赫兹三波段窄带带通滤波器，包括嵌套的三个金属方环谐振单元与介质层和十字形金属谐振单元组成的滤波器单元。本发明利用该滤波器单元，在太赫兹波段实现了三波段窄带带通滤波器。该滤波器的结构单元具有旋转对称性，对太赫兹波入射偏振以及较大角度入射不敏感，依然维持良好的三波段滤波特性。这种复合结构的三波段滤波特性来源于三个方环谐振单元各自所对应的滤波特性的线性叠加，并且通过改变方环谐振单元的几何尺寸来调控对应的滤波频段。基于此可以在太赫兹波段实现更多波段滤波。本发明的滤波器设计简单、尺寸较小、加工方便，在太赫兹通讯、成像、光谱分析等太赫兹技术中有很高的实用价值。

主权项

1.一种基于超颖材料的太赫兹三波段窄带带通滤波器，其特征在于：包括一个以上的在空间周期正方排列的带通滤波器模块，所述带通滤波器模块包括第一结构化金属层、介质层和第二结构化金属层，所述第一结构化金属层、介质层和第二结构化金属层依次设置形成金属‑介质‑金属三明治结构；所述第一结构化金属层为三个嵌套金属方环谐振单元按正方周期排列构成的金属表面，这三个嵌套金属方环谐振单元分别为第一方环谐振单元(1)、第二方环谐振单元(2)和第三方环谐振单元(3)；所述第二结构化金属层为单个十字形金属谐振单元(6)按正方周期排列而构成的金属栅格；其中，嵌套的三个金属方环谐振单元分别与介质层(5)和十字形金属谐振单元(6)组成一种滤波器单元；带通滤波器在电磁波斜入射时的多重反射‑干涉过程物理模型包含两个交界面：上层金属超表面P₁和下层金属栅格P₂；假定一束入射角度为α_i的电磁波入射到带通滤波器上，在空气/P₁界面，入射波被分成两个部分，一部分被反射到空气中，相应的反射系数为同时另一部分透射到介质中，相应的透射系数为然后透射的电磁波入射到P₂/空气界面，一部分通过介质被反射到P₁，相应的反射系数为另一部分穿过P₂透射到空气中，相应的透射系数为同样地，整个过程的反射和透射是在相应的空气/P₁界面和P₂/空气界面处多次反射和透射的叠加：其中，表示透射系数的复数形式，t₁₂表示空气/P₁界面处透射系数的幅度，t₂₃表示P₂/空气界面处透射系数的幅度，θ₁₂表示空气/P₁界面处透射系数的相位，θ₂₃表示P₂/空气界面处透射系数的相位，r₂₁表示空气/P₁界面处反射系数的幅度，r₂₃表示P₂/空气界面处反射系数的幅度，φ₂₁表示空气/P₁界面处反射系数的相位，φ₂₃表示P₂/空气界面处反射系数的相位，i表示虚数单位，β是入射波在介质中来回传播的相位差，即为：其中，k₀表示自由空间波矢，d表示介质层厚度，表示介质层材料介电常数的复数形式，α_s表示P₂/空气界面处的反射角度；带通滤波器透射系数T计算为：其中，表示透射系数的复共轭。