一種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器及制作方法，包括設(shè)置在愛(ài)金屬外殼內(nèi)的基底，在基底內(nèi)設(shè)置有周期結(jié)構(gòu)的圓柱狀中空波導(dǎo)A和波導(dǎo)B，波導(dǎo)A和波導(dǎo)B之間的空隙形成了以基底為管壁的、長(zhǎng)度可調(diào)的圓柱狀中空波導(dǎo)C，波導(dǎo)A和波導(dǎo)B的長(zhǎng)半徑、短半徑以及周期長(zhǎng)度均相同，波導(dǎo)A和波導(dǎo)B的占空比不相同。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)，能夠在軍事、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域中得到重要的應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】
一種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種太赫茲功能器件，尤其涉及一種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器 及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于太赫茲波具有光子能量低、穿透能力強(qiáng)、時(shí)間和空間分辨率高等特點(diǎn)。使其在 公共安全、醫(yī)學(xué)檢查、通信、醫(yī)學(xué)和雷達(dá)等很多領(lǐng)域都有具有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。這些 方面都需要性能良好的太赫茲系統(tǒng)，這樣就急需高性能的太赫茲功能器件。機(jī)械調(diào)控太赫 茲功能器件是太赫茲波技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)重要的應(yīng)用，由于太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量技術(shù)的優(yōu) 勢(shì)和機(jī)械應(yīng)力的特點(diǎn)，故機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器在遙感探測(cè)、無(wú)損檢測(cè)和工程監(jiān) 測(cè)等方面具有重要的實(shí)際價(jià)值。
[0003] 現(xiàn)階段已有的太赫茲濾波器種類繁多，如光子晶體型、超穎材料型和表面等離子 型等。國(guó)內(nèi)外都取得了很多的研究成果。2009年南京郵電大學(xué)光通信研究所得陳鶴鳴和孟 晴在《物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表了《高效光子晶體太赫茲濾波器的設(shè)計(jì)》，研究了太赫茲波在二維光 子晶體中的傳播特性，利用波導(dǎo)線缺陷和腔體點(diǎn)缺陷的耦合特性實(shí)現(xiàn)濾波功能，該濾波器 在3.6231THZ處耦合效率達(dá)到了90 %以上。2011年南開(kāi)大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所的郭展和范飛 等人在《物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表了文章《基于磁光子晶體的磁控可調(diào)太赫茲濾波器和開(kāi)關(guān)》，設(shè)計(jì) 了一種基于鐵氧體磁性材料光子晶體波導(dǎo)的磁控太赫茲連續(xù)可調(diào)的濾波器，通過(guò)調(diào)節(jié)外加 磁場(chǎng)大小來(lái)改變磁性材料磁導(dǎo)率，以改變光子晶體帶隙，從而實(shí)現(xiàn)在0.8314~1.0854THZ內(nèi) 可調(diào)的濾波器功能。2011年加拿大阿爾伯塔大學(xué)的(：. 11^1^33丨811^和1￥上1622313；[在了 Infrared MilliTerahz Waves上發(fā)表了文章 "A Dual-Mode Terahertz Filter Based on a Metallic Resonator Design"，研究了一種基于超材料人工結(jié)構(gòu)的太赫茲濾波器，這個(gè) 結(jié)構(gòu)在0.1~1.4THz的工作頻段內(nèi)，可以同時(shí)表現(xiàn)出低通、帶通和帶阻濾波器的特性。2013 年中國(guó)計(jì)量學(xué)院太赫茲技術(shù)與應(yīng)用研究所得王文濤等人在《光學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了《基于三個(gè) 方形封閉諧振環(huán)的多頻帶太赫茲濾波器》，研究了一種由三個(gè)方形封閉諧振環(huán)(CRR)嵌套組 合而成的三頻帶太赫茲濾波器，通過(guò)調(diào)節(jié)每個(gè)CRR的尺寸或周期來(lái)設(shè)計(jì)濾波器的共振頻率。 2015年俄羅斯的 ΙΤΜ0大學(xué)的E · A · Sedykh等人在J · Phys上發(fā)表了 "Tunable narrowband filters with cross-shaped resonators for THz frequency band"，石開(kāi)究了一種在半導(dǎo) 體基底上X形的金屬諧振器的太赫茲波傳輸特性，通過(guò)改變X形金屬諧振器的尺寸和角度可 以調(diào)節(jié)透射峰的寬度，通過(guò)調(diào)芐基底的介電常數(shù)可以控制透射峰的位置。2015年南京大學(xué) 的葛士軍等人在 Chin.0pt.Lett·上發(fā)表了文章 "Tunable terahertz filter based on alternative liquid crystal layers and metallic slats"，研究了一種由交替的液晶 層和金屬板條組成的偽法布里-珀羅濾波器，通過(guò)溫度控制液晶的折射率使其在0.1~ 1.5THz的工作頻段內(nèi)可調(diào)。
[0004] 近些年發(fā)表的太赫茲濾波器專利也有很多，2013年北京郵電大學(xué)的張金玲等人發(fā) 表了專利《一種T形結(jié)構(gòu)太赫茲濾波器》(專利公開(kāi)號(hào)CN 203367450U)，提出了一種通過(guò)調(diào)節(jié) T形結(jié)構(gòu)排列的結(jié)構(gòu)尺寸和間距，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整諧振頻率目的的可調(diào)太赫茲濾波器。2014年上 海理工大學(xué)的袁明輝等人發(fā)表了專利《非周期表面等離子體光柵型太赫茲濾波器》(專利公 開(kāi)號(hào)CN 103576228Α)，提出了一種基于非周期表面等離子體光柵結(jié)構(gòu)的太赫茲濾波器，應(yīng) 用了表面等離子波的傳輸來(lái)減少損耗，并且可以根據(jù)中心頻率和濾波特性去設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參 數(shù)。2015年國(guó)家納米科學(xué)中心的董鳳良等人發(fā)表了專利《一種多波段太赫茲濾波器及其制 作方法》(專利公開(kāi)號(hào)CN 104505561Α)，提出了一種在帶襯底的金屬薄膜上做多元環(huán)周期結(jié) 構(gòu)的多波段太赫茲濾波器，可以改變多元環(huán)周期結(jié)構(gòu)的環(huán)數(shù)和尺寸，來(lái)控制濾波的頻段和 波段數(shù)。
[0005] 上述這些種類的濾波器各有優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用在很多領(lǐng)域，解決很多問(wèn)題。但是由機(jī) 械方法調(diào)控的太赫茲濾波器還很少，所以這種太赫茲濾波器的研究有著深遠(yuǎn)的意義和實(shí)用 價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，如濾波性能不好、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料昂 貴、需要封裝、加熱、和缺乏由機(jī)械調(diào)控的種類等而提供一種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波 器及制作方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括設(shè)置在愛(ài)金屬外殼內(nèi)的基底，在基底內(nèi)設(shè)置有 周期結(jié)構(gòu)的圓柱狀中空波導(dǎo)Α和波導(dǎo)Β，波導(dǎo)Α和波導(dǎo)Β之間的空隙形成了以基底為管壁的、 長(zhǎng)度可調(diào)的圓柱狀中空波導(dǎo)C，波導(dǎo)A和波導(dǎo)B的長(zhǎng)半徑、短半徑以及周期長(zhǎng)度均相同，波導(dǎo)A 和波導(dǎo)B的占空比不相同。
[0008] 本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：
[0009] 1.波導(dǎo)A和波導(dǎo)B的管壁的材料是低損耗金屬，基底的材料是可拉伸材料的高分子 聚合物。
[0010] 2. -種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器的制造方法，
[0011] (1)使用MEMS深度光刻工藝在聚合物材料上加工出半徑等于金屬外殼內(nèi)徑的圓 柱，成形之后利用X-LIGA工藝在所述圓柱的外表面涂覆一層金屬層，再將聚合物腐蝕掉，制 成金屬外殼；
[0012] (2)使用MEMS深度光刻工藝在高分子聚合物材料上加工出周期結(jié)構(gòu)的基底和波導(dǎo) C，成形之后利用X-LIGA工藝在低損耗金屬上加工出周期結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)A和波導(dǎo)B;
[0013] (3)將帶有三種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基地放置在金屬外殼內(nèi)，制成機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫 茲濾波器。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用的材料是金屬和機(jī)械性能良 好的高分子聚合物，解決了太赫茲功能器件在機(jī)械調(diào)控方面種類匱乏的問(wèn)題。本發(fā)明采用 了機(jī)械拉伸的方式去實(shí)現(xiàn)調(diào)控功能;本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、容易制作;本發(fā)明無(wú)方向要 求，兩端均可實(shí)現(xiàn)濾波器的功能;本發(fā)明的透過(guò)率高、實(shí)用方便、材料普通、帶寬可調(diào)、中心 頻率可調(diào)。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是波導(dǎo)A和波導(dǎo)B同時(shí)采用的是5個(gè)周期時(shí)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018] 如圖1所示為本發(fā)明中理論計(jì)算時(shí)所用的結(jié)構(gòu)的剖面圖，Λ為周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的一 個(gè)周期長(zhǎng)度，η為長(zhǎng)半徑，r2為短半徑其中Α、Β和C分別代表波導(dǎo)Α、波導(dǎo)Β和波導(dǎo)C。理論計(jì)算 時(shí)選取的波導(dǎo)Α的占空比（一個(gè)周期內(nèi)長(zhǎng)半徑部分占整個(gè)周期長(zhǎng)度的比值)為0.5,波導(dǎo)Β的 占空比為0.4,波導(dǎo)C是最初始的長(zhǎng)度是70μπι。兩個(gè)周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)由波導(dǎo)C連接，組成一個(gè)本 發(fā)明結(jié)構(gòu)。圖中淺色部分為機(jī)械性能良好的高分子聚合物，理論計(jì)算中選取的是聚酰亞胺 (polyimide)，深色網(wǎng)格部分為金屬銀(Ag)。直的虛線代表的是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的中心軸，彎曲 的虛線代表中間省略了幾個(gè)周期，在理論計(jì)算時(shí)波導(dǎo)A和波導(dǎo)B同時(shí)采用的是5個(gè)周期。
[0019] 這里面兩周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的參數(shù)為:η = 220μπι，Γ2 = 180μηι，Λ =183μηι;波導(dǎo)A的一個(gè) 周期內(nèi)的長(zhǎng)半徑與短半徑部分長(zhǎng)度都是91.5μπι，波導(dǎo)B的一個(gè)周期內(nèi)的長(zhǎng)半徑與短半徑部 分長(zhǎng)度分別為73.2μπι和109.8μπι，兩周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的長(zhǎng)半徑波導(dǎo)管壁外的聚酰亞胺的厚度 是0.5μπι，短半徑波導(dǎo)管壁外的聚酰亞胺基底的厚度是40.5μπι，長(zhǎng)度分別為波導(dǎo)Α處的為 71.5μπι，波導(dǎo)B處的為89.8μπι。波導(dǎo)C的初始長(zhǎng)度為70μπι，半徑為230μπι。波導(dǎo)C處的聚酰亞胺 的厚度為〇·5μηι。
[0020] 當(dāng)增加兩個(gè)波導(dǎo)的周期個(gè)數(shù)的時(shí)候，濾波器的透射峰的帶寬是可以變窄的，從而 實(shí)現(xiàn)了帶寬可調(diào)的目的。當(dāng)固定兩周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的周期個(gè)數(shù)的時(shí)候，拉伸聚酰亞胺基底的 時(shí)候會(huì)使波導(dǎo)C的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，這樣會(huì)使濾波器透射峰的中心頻率向低頻移動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了 透射峰的中心頻率可調(diào)的目的。將本結(jié)構(gòu)波導(dǎo)與微型機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)，或者使用其它方 法達(dá)到拉伸基底的目的。
[0021] 圖1中^為長(zhǎng)半徑，r2為短半徑，Λ為周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)一個(gè)周期的長(zhǎng)度，1Α和1b分別表 示一個(gè)周期內(nèi)波導(dǎo)A和波導(dǎo)B長(zhǎng)半徑部分的長(zhǎng)度;A代表波導(dǎo)A，B代表波導(dǎo)B，C代表波導(dǎo)C;深 色網(wǎng)格部分為金屬波導(dǎo)壁和金屬外殼，淺色部分為機(jī)械性能良好的高分子聚合物(如聚酰 亞胺）；直的虛線代表這個(gè)結(jié)構(gòu)的中心軸，彎曲的虛線代表中間的波導(dǎo)省略且中間的波導(dǎo)個(gè) 數(shù)可以根據(jù)設(shè)計(jì)而定；
[0022] 本發(fā)明的波導(dǎo)芯內(nèi)的填充的是空氣。
[0023]圖2為波導(dǎo)A和波導(dǎo)B同時(shí)為5個(gè)周期；"C-70"，"C-80"，"C-90"分別代表波導(dǎo)C的長(zhǎng) 度為 70μηι，80μηι，90μηι。
[0024] 本發(fā)明提供了一種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器，它的結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)中空?qǐng)A柱 狀周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)(波導(dǎo)Α和波導(dǎo)Β)和一個(gè)中空?qǐng)A柱狀波導(dǎo)C組成的。波導(dǎo)Α和波導(dǎo)Β是通過(guò)X-LIGA工藝等技術(shù)，將低損耗金屬加工到以機(jī)械性能良好的高分子聚合物基底上。這兩個(gè)周 期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)是由相同的布拉格共振條件給出的，其特點(diǎn)是它們的長(zhǎng)半徑Π 、短 半徑r2和周期長(zhǎng)度Λ都相同，它們的占空比(每個(gè)周期內(nèi)長(zhǎng)半徑部分的長(zhǎng)度1A或1b與周期長(zhǎng) 度的比值)不同。制作機(jī)械性能良好的高分子聚合物基底時(shí)，在兩周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)之間留出一 段距離，形成以基底為管壁的波導(dǎo)C，由于波導(dǎo)C的管壁機(jī)械性能良好，所以可以通過(guò)機(jī)械拉 伸的方法來(lái)調(diào)節(jié)波導(dǎo)C的長(zhǎng)度，以達(dá)到調(diào)控的目的，從而調(diào)控濾波器的中心頻率。
[0025] 所述的圓柱狀周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的管壁和金屬外殼為低損耗金屬，比如金、銀、或銅 等。波導(dǎo)C的管壁是機(jī)械性能良好的高分子聚合物。三個(gè)波導(dǎo)都是中空的，其填充物為空氣， 如果有需要也可以換成其它材料，根據(jù)設(shè)計(jì)而定。其制作方法是用MEMS深度光刻工藝，在聚 合物上加工出半徑等于金屬外殼內(nèi)徑的圓柱，成形之后利用X-LIGA工藝在上述聚合物圓柱 的表面涂覆一層金屬層，再將聚合物腐蝕掉，制成金屬外殼，金屬外殼的厚度為l〇ym，內(nèi)徑 為(n+10+0.5)μπι;之后使用MEMS深度光刻工藝，在機(jī)械性能良好的高分子聚合物材料上加 工出周期結(jié)構(gòu)基底和波導(dǎo)C，成形之后利用X-LIGA工藝將低損耗金屬加工出周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)A 和波導(dǎo)B，這里周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的管壁厚度為ΙΟμπι，波導(dǎo)C的半徑為(η+10)μπι，波導(dǎo)C的管壁厚 為0·5μηι，故高分子聚合物基底的外半徑為(ri+10+O· 5)μηι，波導(dǎo)C處的內(nèi)半徑為(η+10)μπι， 周期結(jié)構(gòu)的基底處的內(nèi)半徑分別為(η+10)μπι和(Γ2+10)μπι，周期結(jié)構(gòu)短半徑處的基底厚度 為(η- Γ2+0.5)μπι。周期結(jié)構(gòu)處的基底上每個(gè)周期內(nèi)，波導(dǎo)Α短半徑處的基底長(zhǎng)度為（Λ-1α-20)μπι，波導(dǎo)Β短半徑處的基底長(zhǎng)度為（Λ-1 Β-20)μπι。最后將帶有三種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的聚合物基 底放到金屬外殼內(nèi)。
[0026]發(fā)明原理
[0027] 兩個(gè)中空的周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)是由色散曲線給出的，其表達(dá)式如下：
[0028]
[0029] 其中，m代表第m階橫向模式，是第m階Bessel函數(shù)的零點(diǎn)，r是周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的 長(zhǎng)半徑與短半徑的平均值，β是傳播常數(shù)，η是布拉格共振的階數(shù)，Λ是矩形起伏結(jié)構(gòu)的周期 長(zhǎng)度。在周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)中，由于周期狀起伏結(jié)構(gòu)的存在，使得橫向模式之間會(huì)發(fā)生共振，從 而產(chǎn)生頻率禁帶。當(dāng)m相同時(shí)是由相同橫向模式之間發(fā)生的共振被稱為布拉格共振，產(chǎn)生布 拉格禁帶。當(dāng)m不同時(shí)是由不同的橫向模式之間發(fā)生的共振稱為非布拉格共振，產(chǎn)生非布拉 格禁帶。這里的兩個(gè)周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)就是由相同橫模間的共振條件(m=l，n = 0和 m=l，n = l)給出的。
[0030] 當(dāng)兩個(gè)周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)單獨(dú)的時(shí)候，0.8~1.1THZ全都是禁帶，但是用圓柱狀波導(dǎo)C 將它們連接起來(lái)后，就會(huì)在它們重合的禁帶內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)很窄的通帶，實(shí)現(xiàn)濾波器的功能。這 個(gè)通帶產(chǎn)生的原因是，由于波導(dǎo)C的引入使得兩個(gè)周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的周期結(jié)構(gòu)的完整性被破 壞，使得在波導(dǎo)C處發(fā)生個(gè)局部共振，產(chǎn)生了一個(gè)很窄的通帶。
[0031] 本發(fā)明包括長(zhǎng)半徑n、短半徑r2和周期長(zhǎng)度Λ都相同，但占空比（每個(gè)周期內(nèi)長(zhǎng)半 徑部分的長(zhǎng)度與周期長(zhǎng)度的比值)不同的兩種周期結(jié)構(gòu)圓柱狀中空波導(dǎo)(波導(dǎo)Α和波導(dǎo)Β)， 一個(gè)圓柱狀中空波導(dǎo)C，高分子聚合物基底和金屬外殼組成的。
[0032] 所述的兩種周期結(jié)構(gòu)圓柱狀中空波導(dǎo)的管壁采用的材料為低損耗金屬，如金、銀 或銅。所述的一個(gè)圓柱狀中空波導(dǎo)的管壁采用的材料，為機(jī)械性能良好的可拉伸材料的高 分子聚合物，如聚酰亞胺(Polyimide)和聚二甲基硅氧烷(Polydime-thyisiloxane)等。
[0033] 兩種周期結(jié)構(gòu)圓柱狀中空波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是通過(guò)X-LIGA工藝等技術(shù)，加工到以低損耗金 屬為外殼的機(jī)械性能良好的高分子聚合物的基底上，并且在加工上述基底時(shí)，在兩種周期 結(jié)構(gòu)圓柱狀中空波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中間留出所設(shè)計(jì)的距離，這樣形成了一個(gè)以這種高分子聚合物為 基底為管壁的圓柱狀中空波導(dǎo)C。
[0034] 通過(guò)機(jī)械的方法拉伸高分子聚合物基底，使得波導(dǎo)C的長(zhǎng)度得到調(diào)節(jié)，這樣可以達(dá) 到調(diào)控濾波器中心頻率的目的。
[0035] 可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)周期波導(dǎo)的周期個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)透射峰帶寬調(diào)控的功能。
[0036] 兩種周期結(jié)構(gòu)圓柱狀中空波導(dǎo)(波導(dǎo)A和波導(dǎo)B)，一個(gè)圓柱狀中空波導(dǎo)C，其填充物 均為空氣。
[0037] 兩種周期結(jié)構(gòu)中空波導(dǎo)（波導(dǎo)A和波導(dǎo)B)，它們的占空比不同，且根據(jù)設(shè)計(jì)它們的 占空比是可以變化的，圓柱狀中空波導(dǎo)C其長(zhǎng)度是可以調(diào)控的。
[0038] 兩周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的周期個(gè)數(shù)和圓柱狀中空波導(dǎo)的長(zhǎng)度是可以根據(jù)設(shè)計(jì)而改變的。
[0039] 其制作方法是用MEMS深度光刻工藝，在聚合物上加工出半徑等于金屬外殼內(nèi)徑的 圓柱，成形之后利用X-LIGA工藝在上述聚合物圓柱的表面涂覆一層金屬層，再將聚合物腐 蝕掉，制成金屬外殼，金屬外殼的厚度為ΙΟμπι，內(nèi)徑為(n+10+O · 5)μπι;之后使用MEMS深度光 刻工藝，在機(jī)械性能良好的高分子聚合物材料上加工出周期結(jié)構(gòu)基底和波導(dǎo)C，成形之后利 用X-LIGA工藝將低損耗金屬加工出周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)Α和波導(dǎo)Β，這里周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的管壁厚度 為ΙΟμπι，波導(dǎo)C的半徑為(η+10)μπι，波導(dǎo)C的管壁厚為0·5μηι，故高分子聚合物基底的外半徑 為(ri+10+O. 5)μηι，波導(dǎo)C處的內(nèi)半徑為(η+10)μπι，周期結(jié)構(gòu)的基底處的內(nèi)半徑分別為(ri+ 10)μηι和0-2+10)μηι，周期結(jié)構(gòu)短半徑處的基底厚度為(ri_r2+0.5)μηι。周期結(jié)構(gòu)處的基底上 每個(gè)周期內(nèi)，波導(dǎo)Α短半徑處的基底長(zhǎng)度為（Λ-1 Α-20)μπι，波導(dǎo)Β短半徑處的基底長(zhǎng)度為 (Λ-1Β-20)μηι。最后將帶有三種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的聚合物基底放到金屬外殼內(nèi)。
[0040] 金屬殼的厚度、高分子聚合物基底的厚度、周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)管壁的厚度均是可以根 據(jù)設(shè)計(jì)而定的。
[0041] 金屬殼、機(jī)械性能良好的高分子聚合物和周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的管壁，其材料的選擇是 可以改變的。
[0042] 本發(fā)明提供一種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器。它的結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)中空?qǐng)A柱狀 周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)（波導(dǎo)Α和波導(dǎo)Β)和一個(gè)中空?qǐng)A柱狀波導(dǎo)C組成的。波導(dǎo)Α和波導(dǎo)Β是通過(guò)X-LIGA工藝等技術(shù)，將低損耗金屬加工到以機(jī)械性能良好的高分子聚合物基底上。這兩個(gè)周 期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)是由相同的布拉格共振條件給出的，其特點(diǎn)是它們的長(zhǎng)半徑Π 、短 半徑r2和周期長(zhǎng)度Λ都相同，它們的占空比(每個(gè)周期內(nèi)長(zhǎng)半徑部分的長(zhǎng)度1A或1b與周期長(zhǎng) 度的比值)不同。制作機(jī)械性能良好的高分子聚合物基底時(shí)，在兩周期結(jié)構(gòu)波導(dǎo)之間留出一 段距離，形成以基底為管壁的波導(dǎo)C，由于波導(dǎo)C的管壁機(jī)械性能良好，所以可以通過(guò)機(jī)械拉 伸的方法來(lái)調(diào)節(jié)波導(dǎo)C的長(zhǎng)度，以達(dá)到調(diào)控的目的，從而調(diào)控濾波器的中心頻率。本發(fā)明具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)，能夠在軍事、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域中得到重要的應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器，其特征在于:包括設(shè)置在愛(ài)金屬外殼內(nèi)的基 底，在基底內(nèi)設(shè)置有周期結(jié)構(gòu)的圓柱狀中空波導(dǎo)A和波導(dǎo)B，波導(dǎo)A和波導(dǎo)B之間的空隙形成 了以基底為管壁的、長(zhǎng)度可調(diào)的圓柱狀中空波導(dǎo)C，波導(dǎo)A和波導(dǎo)B的長(zhǎng)半徑、短半徑以及周 期長(zhǎng)度均相同，波導(dǎo)A和波導(dǎo)B的占空比不相同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器，其特征在于:波導(dǎo)A和 波導(dǎo)B的管壁的材料是低損耗金屬，基底的材料是可拉伸材料的高分子聚合物。3. -種權(quán)利要求2所述的機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾波器的制造方法，其特征在于： (1) 使用MEMS深度光刻工藝在聚合物材料上加工出半徑等于金屬外殼內(nèi)徑的圓柱，成 形之后利用X-LIGA工藝在所述圓柱的外表面涂覆一層金屬層，再將聚合物腐蝕掉，制成金 屬外殼； (2) 使用MEMS深度光刻工藝在高分子聚合物材料上加工出周期結(jié)構(gòu)的基底和波導(dǎo)C，成 形之后利用X-LIGA工藝在低損耗金屬上加工出周期結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)A和波導(dǎo)B; (3) 將帶有三種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基地放置在金屬外殼內(nèi)，制成機(jī)械調(diào)控下的可調(diào)太赫茲濾 波器。
【文檔編號(hào)】H01P1/207GK105932380SQ201610309166
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】樊亞仙, 徐蘭蘭, 桑湯慶, 徐丹, 陶智勇
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)