太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于：該濾波器包括由多層光子晶體結(jié)構(gòu)層疊貼覆組成的復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)，每層光子晶體結(jié)構(gòu)包括基板、貼覆在基板正面的圓形單晶硅片陣列，每層光子晶體結(jié)構(gòu)是5行5列共25個(gè)圓形單晶硅片間隔分布在基板表面上形成的結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的目的在于提供一種阻帶范圍在1THz附近，阻帶頻率寬度達(dá)到0.05THz以上，通帶最大衰減小于3dB，阻帶最小衰減大于40dB的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器。
【專利說明】
太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(Terahertz，THz)電磁波是指頻率為112Hz附近的電磁波，近年來，太赫茲輻射的產(chǎn)生機(jī)理、檢測(cè)和應(yīng)用技術(shù)研究得到了蓬勃發(fā)展。與其他波段的電磁波相比，太赫茲波具有以下鮮明的特點(diǎn):
[0003]1.宇宙大爆炸發(fā)射的98%的光子能量都位于太赫茲的頻率范圍；
[0004]2.利用各種分子在太赫茲波段的獨(dú)特譜線可完成環(huán)境監(jiān)測(cè)和空氣污染監(jiān)測(cè)；
[0005]3.太赫茲波的光子能量較低，對(duì)生物組織無害，適合于對(duì)生物組織進(jìn)行活體檢查；
[0006]4.如果太赫茲波能夠應(yīng)用在通信領(lǐng)域，現(xiàn)有的無線通信的信道容量將大大增加。
[0007]太赫茲電磁波的這些特性決定了它在多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。太赫茲波的應(yīng)用急需性能優(yōu)異的太赫茲波傳輸和處理裝置。帶阻濾波器是能夠?qū)⑤斎胄盘?hào)某些特定范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，能夠抑制雜散輸出和無用的寄生通帶，在太赫茲波傳輸和處理系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)有太赫茲設(shè)備對(duì)于太赫茲波段帶阻濾波器的性能要求是:阻帶范圍在ITHz附近，阻帶頻率寬度達(dá)到0.05THz以上，通帶最大衰減小于3dB，阻帶最小衰減大于40dB。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種阻帶范圍在ITHz附近，阻帶頻率寬度達(dá)到
0.05THz以上，通帶最大衰減小于3dB，阻帶最小衰減大于40dB的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器。
[0009]本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:該濾波器包括由多層光子晶體結(jié)構(gòu)層疊貼覆組成的復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)，每層光子晶體結(jié)構(gòu)包括基板、貼覆在基板正面的圓形單晶硅片陣列，每層光子晶體結(jié)構(gòu)是5行5列共25個(gè)圓形單晶硅片間隔分布在基板表面上形成的結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)是由5層光子晶體結(jié)構(gòu)層疊貼覆組成的。
[0011]優(yōu)選地，每層光子晶體結(jié)構(gòu)劃分為5行5列25個(gè)小正方形區(qū)域，每個(gè)小正方形區(qū)域的大小都為60μπιΧ60μπι，每個(gè)小正方形區(qū)域的中心貼覆有直徑R小于小正方形區(qū)域邊長(zhǎng)的圓形單晶硅片。
[0012]優(yōu)選地，每層光子晶體結(jié)構(gòu)中的5行5列共25個(gè)圓形單晶硅片的直徑R相同，第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為58μπι，第二層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為56μπι，第三層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為54μπι，第四層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為52μπι，第五層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為50μπι。
[0013]優(yōu)選地，所述復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)在第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中第五行第一列的圓形單晶硅片(第一層光子晶體結(jié)構(gòu)左下角的圓形單晶硅片)上設(shè)有信號(hào)輸入點(diǎn)，在第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中第一行第五列的圓形單晶硅片(第一層光子晶體結(jié)構(gòu)右上角的圓形單晶硅片)上設(shè)有信號(hào)輸出點(diǎn)。
[0014]優(yōu)選地，所述基板為太赫茲波段透波陶瓷基板，其相對(duì)介電常數(shù)最好為9± 5%。
[0015]優(yōu)選地，所述圓形單晶硅片的相對(duì)介電常數(shù)最好為11±5%。
[0016]優(yōu)選地，所述5層光子晶體結(jié)構(gòu)的基板大小都相等，每層基板的形狀優(yōu)先為矩形，尺寸是 300μηι±5μηιΧ 300μηι±5μηι。
[0017]優(yōu)選地，每層光子晶體結(jié)構(gòu)的基板厚度都相等，每層基板的厚度為10μπι±1μπι。
[0018]較之現(xiàn)有技術(shù)而言，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:在設(shè)計(jì)中能使用能夠工作在太赫茲波段的低損耗的單晶硅半導(dǎo)體介質(zhì)材料和陶瓷材料作為太赫茲波段光子晶體結(jié)構(gòu)的基本材料，讓單晶硅半導(dǎo)體材料周期性的排布在陶瓷材料中，形成阻帶，落在阻帶中的電磁波完全不能透過光子晶體結(jié)構(gòu)，而阻帶外的電磁波穿過光子晶體結(jié)構(gòu)時(shí)幾乎無衰減。我們使用復(fù)合層疊技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)光子晶體的性能，每一層光子晶體結(jié)構(gòu)中，圓形單晶硅片的直徑不同，因此形成的阻帶的頻率范圍不同，多個(gè)頻率相近的阻帶疊加，會(huì)形成頻率范圍較寬的阻帶?；趶?fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的帶阻濾波器具有阻帶頻率寬度較大、通帶衰減小、阻帶衰減大等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1是每層光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
[0021]圖3是圖1、圖2所示結(jié)構(gòu)的幅頻特性性能圖，圖中的橫坐標(biāo)表示頻率Frequency(GHz)，縱坐標(biāo)表不濾波器的幅頻特性The amplitude frequency characteristics offilter(dB)。
[0022]標(biāo)號(hào)說明:I基板、2圓形單晶娃片。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對(duì)本【實(shí)用新型內(nèi)容】進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0024]—種太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，它包括由多層光子晶體結(jié)構(gòu)層疊貼覆組成的復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)，每層光子晶體結(jié)構(gòu)包括基板1、貼覆在基板正面的圓形單晶硅片陣列，所述每層光子晶體結(jié)構(gòu)是由5行5列共25個(gè)圓形單晶硅片2按照5 X 5陣列周期性的分布在基板I表面組成的。
[0025]所述復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)是由5層光子晶體結(jié)構(gòu)層疊貼覆組成的。
[0026]所述每層光子晶體結(jié)構(gòu)劃分為5行5列25個(gè)小正方形區(qū)域，每個(gè)小正方形區(qū)域的大小都為60μπι X 60ym，每個(gè)小正方形區(qū)域的中心貼覆有直徑R小于正方形邊長(zhǎng)的圓形單晶硅片2。
[0027]所述每層光子晶體結(jié)構(gòu)中的5行5列共25個(gè)圓形單晶硅片2的直徑R相同，第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片2的直徑R為58μπι，第二層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片2的直徑R為56μπι，第三層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片2的直徑R為54μπι，第四層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片2的直徑R為52μπι，第五層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片2的直徑R為50μπι。
[0028]我們使用低損耗的單晶硅半導(dǎo)體介質(zhì)材料和陶瓷材料作為設(shè)計(jì)制作太赫茲波段光子晶體結(jié)構(gòu)的基本材料。在太赫茲波段，硅介質(zhì)吸收系數(shù)較低，基本上為0.04cm—S介電常數(shù)約為11，很適合作為制作光子晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料。我們選用的太赫茲波段透波陶瓷材料，在介電常數(shù)6-100的范圍內(nèi)，對(duì)太赫茲波信號(hào)的損耗角正切小于0.005，該陶瓷材料很適合作為太赫茲波段器件的基底材料。
[0029]光子晶體結(jié)構(gòu)是由一種介質(zhì)在另一種介質(zhì)中周期性的排布組成的。我們讓單晶硅介質(zhì)周期性的排布在陶瓷材料中，形成光子晶體結(jié)構(gòu)。合理調(diào)節(jié)單晶硅介質(zhì)和陶瓷材料的排布方式，讓光子晶體結(jié)構(gòu)形成的阻帶頻率范圍在ITHz附近。我們使用復(fù)合層疊技術(shù)，每一層光子晶體結(jié)構(gòu)中，圓形單晶硅片的直徑不同，形成的阻帶的頻率范圍不同，多個(gè)頻率相近的阻帶疊加，會(huì)形成頻率范圍較寬的阻帶，最終設(shè)計(jì)完成的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器的阻帶頻率寬度將達(dá)到0.05THz以上。
[0030]所述復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)在第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中第五行第一列的圓形單晶硅片2(第一層光子晶體結(jié)構(gòu)左下角的圓形單晶硅片2)上設(shè)有信號(hào)輸入點(diǎn)3，在第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中第一行第五列的圓形單晶硅片2(第一層光子晶體結(jié)構(gòu)右上角的圓形單晶硅片2)上設(shè)有信號(hào)輸出點(diǎn)4。
[0031 ]所述基板I為太赫茲波段透波陶瓷基板，其相對(duì)介電常數(shù)最好為9±5% 0
[0032]所述圓形單晶硅片的相對(duì)介電常數(shù)最好為11±5%。
[0033]所述5層光子晶體結(jié)構(gòu)的基板I大小都相等，每層基板I的形狀優(yōu)先為矩形，尺寸是300μπι±5μπιΧ 300μπι±5μπι。
[0034]所述5層光子晶體結(jié)構(gòu)的基板I厚度都相等，每層基板I的厚度為10μπι±1μπι。
[0035]下面給出本實(shí)用新型的一具體實(shí)施例:
[0036]參見圖1和圖2，本實(shí)施例是由5層光子晶體結(jié)構(gòu)層疊貼覆組成的復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)，每層光子晶體結(jié)構(gòu)如圖1中所示，復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)的截面如圖2中所示。每層光子晶體結(jié)構(gòu)包括基板、貼覆在基板正面的圓形單晶硅片陣列。每層光子晶體結(jié)構(gòu)劃分為5行5列25個(gè)小正方形區(qū)域，每個(gè)小正方形區(qū)域的大小都為60μπιΧ60μπι，每個(gè)小正方形區(qū)域的中心貼覆有直徑R小于正方形邊長(zhǎng)的圓形單晶硅片。每層光子晶體結(jié)構(gòu)中的5行5列共25個(gè)圓形單晶硅片的直徑R相同，第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為58μπι，第二層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為56μπι，第三層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為54μπι，第四層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為52μπι，第五層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為50μπι。信號(hào)輸入點(diǎn)設(shè)置于第一層光子晶體結(jié)構(gòu)左下角的圓形單晶硅片上，信號(hào)輸出點(diǎn)設(shè)置于第一層光子晶體結(jié)構(gòu)右上角的圓形單晶硅片上。
[0037]基板為太赫茲波段透波陶瓷基板，其相對(duì)介電常數(shù)為9±5%。圓形單晶硅片的相對(duì)介電常數(shù)為11±5%。5層光子晶體結(jié)構(gòu)的基板大小都相等，每層基板的形狀為矩形，尺寸是βΟΟμπ^δμ??ΧβΟΟμπ^δμπ?』層光子晶體結(jié)構(gòu)的基板厚度都相等，每層基板的厚度為ΙΟμ??
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[0038]參見圖3，圖3給出了本實(shí)施例的幅頻特性性能圖。從圖3可以看出，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，幅頻特性小于_40dB時(shí)，該款帶阻濾波器的阻帶頻率范圍為0.957?1.073THz，阻帶頻率寬度為0.116THZ，通帶幅頻特性最小值為-1.94dB，阻帶幅頻特性最小值為-52dB。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，該款帶阻濾波器能夠滿足現(xiàn)有太赫茲設(shè)備對(duì)于太赫茲波段帶阻濾波器的性能要求。
[0039]與用于太赫茲波段的常規(guī)帶阻濾波器比較，本實(shí)用新型具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)和顯著的效果:阻帶頻率寬度達(dá)到0.116THz，遠(yuǎn)高于阻帶頻率寬度0.05THz的常規(guī)性能要求;通帶幅頻特性最小值為_1.94dB，即通帶最大衰減為1.94dB，優(yōu)于通帶最大衰減小于3dB的常規(guī)性能要求;阻帶幅頻特性最小值為-52dB，即阻帶最小衰減為52dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于阻帶最小衰減大于40dB的常規(guī)性能要求。本款帶阻濾波器同時(shí)具備阻帶頻率寬度大、通帶衰減小、阻帶衰減大等優(yōu)點(diǎn)，在太赫茲波傳輸和處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:該濾波器包括由多層光子晶體結(jié)構(gòu)層疊貼覆組成的復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)，每層光子晶體結(jié)構(gòu)包括基板、貼覆在基板正面的圓形單晶硅片陣列，每層光子晶體結(jié)構(gòu)是5行5列共25個(gè)圓形單晶硅片間隔分布在基板表面上形成的結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:所述每層光子晶體結(jié)構(gòu)劃分為5行5列25個(gè)小正方形區(qū)域，每個(gè)小正方形區(qū)域的大小都為60μπιΧ60μπι，每個(gè)小正方形區(qū)域的中心貼覆有直徑R小于小正方形區(qū)域邊長(zhǎng)的圓形單晶硅片。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:所述復(fù)合層疊光子晶體結(jié)構(gòu)是由5層光子晶體結(jié)構(gòu)層疊貼覆組成的。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:每層光子晶體結(jié)構(gòu)中的5行5列共25個(gè)圓形單晶硅片的直徑R相同，第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為58μπι，第二層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為56μπι，第三層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為54μπι，第四層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為52μπι，第五層光子晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)圓形單晶硅片的直徑R為5 Oum ο5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:在第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中第五行第一列的圓形單晶硅片上設(shè)有信號(hào)輸入點(diǎn)，在第一層光子晶體結(jié)構(gòu)中第一行第五列的圓形單晶硅片上設(shè)有信號(hào)輸出點(diǎn)。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:所述基板為太赫茲波段透波陶瓷基板。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:所述太赫茲波段透波陶瓷基板的相對(duì)介電常數(shù)為9±5%。8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:所述圓形單晶硅片的相對(duì)介電常數(shù)為11±5%。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:每層光子晶體結(jié)構(gòu)的基板大小都相等，每層基板的形狀為矩形，尺寸是300μπι±5μπιΧ300μπι±5μπι。10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的太赫茲波段復(fù)合層疊光子晶體帶阻濾波器，其特征在于:每層光子晶體結(jié)構(gòu)的基板厚度都相等，每層基板的厚度為10μπι±1μπι。
【文檔編號(hào)】H01P1/20GK205429121SQ201620290721
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日
【發(fā)明人】林斌, 林暢, 毛云海, 張宇, 蔡沅坤, 葉廣雅
【申請(qǐng)人】廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院