一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器及其制作方法与流程

本发明涉及太赫兹波应用，具体涉及一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器及其制作方法。

背景技术：

1、太赫兹(terahertz，thz)波是频率在0.1～10thz(波长为0.03～3mm)的电磁波，具有无电离损伤性、无标记指纹谱、强穿透性等独特的物理性质，在基础科学研究、食品安全、实时生物信息提取以及医学诊断等众多领域有着非常广泛的用途。特别地，太赫兹技术作为最新的前沿科学是当前国防科技领域竞争的焦点，在新一代6g高速通信、太空探测、兵器制造等领域都具有极其重要的战略意义。然而，因为适用于太赫兹频段材料的研究相对较少，特别是精确调控太赫兹光场频率特性等元器件的缺乏，限制了太赫兹技术在各种应用领域中的深入发展。

2、目前太赫兹滤波器主要包括太赫兹波导滤波器、光子晶体滤波器、以及基于频率选择表面的滤波器。但由于太赫兹波长较短，一般加工工艺难以满足波导型滤波器的加工需求，而光子晶体滤波器易受到温度等环境因素影响，不能很好的适应各种不同的环境。电磁超材料是将具有特定形状的亚波长尺度单元按照周期性或非周期性排布的人工结构。通过对单元参数和排列方式的设计定制超材料的属性，可以突破常规材料在原子、分子层面难以调控的限制，从而实现传统材料无法达成的电磁调控性能。基于超材料人工结构的频率选择表面，是近年来太赫兹滤波器领域的研究热点。基于频率选择表面的滤波器具有结构简单、易加工、频率响应良好、环境稳定性良好等优点，但是频率选择表面作为一种二维的结构，其设计自由度、灵活度较低，难以满足复杂的功能需求。虽然基于频率选择表面的太赫兹滤波器可以通过多片级联的方式实现功能的拓展和性能的优化，但同时会引入法布里-珀罗共振的影响，极大增加了设计难度。

技术实现思路

1、作为近年来太赫兹滤波器领域的研究热点，基于频率选择表面的滤波器具有结构简单、易加工、频率响应良好、环境稳定性良好等优点，但同时也存在设计灵活度较低，多片级联易受法布里-珀罗共振影响的缺点，难以应对更加复杂的使用需求。

2、为解决上述问题，本发明的技术方案是一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器，所述的滤波器包括由至少二层夹持制具组成的阵列，所述的夹持制具上设有滤波模块，所述的滤波模块由至少一个滤波单元组成，所述的滤波单元为曲面结构，滤波单元的曲面上设有镂空结构。

3、进一步的，所述的滤波器相邻的两层夹持制具上的滤波单元的曲面结构的曲率r不同。

4、进一步的，所述的滤波模块由n×n个均匀排列的滤波单元组成。

5、进一步的，所述的滤波单元为金属薄膜，金属薄膜为导电金属薄膜，金属薄膜的材料为金、银、铜、镍等。

6、进一步的，所述的镂空结构为一字型结构或者十字形结构。

7、进一步的，所述的滤波单元的正视图为正方形，所述的滤波单元的边长为25微米～1000微米。

8、进一步的，所述的滤波单元的曲面为球面或非球面结构，其最小曲率半径应大于滤波单元的边长。

9、进一步的，所述的一种太赫兹带通滤波器，所述的金属薄膜厚度为5微米～10微米。

10、进一步的，所述的一种太赫兹带通滤波器的制作方法，其特征在于，其制作过程包括以下步骤：

11、s1：使用精雕机在模板上雕刻滤波模块；

12、s2：制作一个具有所需滤波单元的胶片菲林；

13、s3：在雕刻完成后的模板上通过覆膜机覆上一层干膜；

14、s4：使用uv灯，让光通过胶片菲林晒到干膜上，使其曝光部分固化；

15、s5：通过在碳酸钠溶液中浸泡，洗去未曝光部分，暴露出模板；

16、s6：将处理好的模板进行电铸，电铸出滤波单元；

17、s7：电铸完成后将曝光固化部分通过脱膜剂脱膜，得到可以直接从模板上剥离的具有太赫兹频率选通功能的滤波单元；

18、s8：利用3d打印技术设计合适尺寸的夹持制具；

19、s9：将夹持制具扩展模块胶粘到位于模板的滤波单元上，从而避免滤波单元从模板上剥离过程中可能发生的形变；

20、s10：将滤波单元从模板上剥离；

21、s11：将携带滤波单元的夹持制具扩展模块通过螺丝与夹持制具基础模块固定。

22、本发明提供的一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器及其制作方法，创新性的将二维的频率选择表面拓展到了三维空间。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、(1)极大增加了设计自由度和灵活性，中心频率和带宽均具有很大的可设计范围，为进一步灵活应对更加复杂的功能需求提供了新的思路。

24、(2)曲面的微元结构可以良好抑制多层频率选择表面之间的法布里-珀罗共振的影响，可以灵活的通过级联的方法进一步提高滤波器性能。

技术特征：

1.一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器，其特征在于：所述的滤波器包括由至少二层夹持制具组成的阵列，所述的夹持制具上设有滤波模块，所述的滤波模块由至少一个滤波单元组成，所述的滤波单元为曲面结构，滤波单元的曲面上设有镂空结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器，其特征在于：所述的滤波器相邻的两层夹持制具上的滤波单元的曲面结构的曲率r不同。

3.根据权利要求1所述的一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器，其特征在于：所述的滤波模块由n×n个均匀排列的滤波单元组成。

4.根据权利要求1所述的一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器，其特征在于：所述的滤波单元为金属薄膜，金属薄膜为导电金属薄膜，金属薄膜的材料为金、银、铜、镍等。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器，其特征在于：所述的镂空结构为一字型结构或者十字形结构。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器，其特征在于：所述的滤波单元的正视图为正方形，所述的滤波单元的边长为25微米～1000微米。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器，其特征在于：所述的滤波单元的曲面为球面或非球面结构，其最小曲率半径应大于滤波单元的边长。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述的滤波单元厚度为5微米～10微米。

9.一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器的制作方法，其特征在于，其制作过程包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于微曲面阵列的太赫兹带通滤波器及其制作方法，滤波器包含夹滤波器包括由至少二层夹持制具组成的阵列，所述的夹持制具上设有滤波模块，所述的滤波模块由至少一个滤波单元组成，所述的滤波单元为曲面结构，滤波单元的曲面上设有镂空结构；本发明提供的太赫兹带通滤波器，结构简单，容易制造，成本低廉。与平面型频率选择表面相比，曲面阵列的设计理念引入了第三个维度的设计自由度，极大提升了设计灵活性，同时也有效抑制了多片级联使用时法布里‑珀罗共振的影响。技术研发人员：文永正,谭永,王诣宸,杨涛,金跃,周济受保护的技术使用者：乌镇实验室技术研发日：技术公布日：2024/9/12