高重频飞秒激光高效加工太赫兹滤波器核心结构

高频太赫兹滤波器的核心结构具备跨尺度、大去除量、高精度等特点,为实现核心结构高效精密加工,加工技术的选择尤为重要。与常见的机械加工、光刻工艺、MEMS等技术相比,飞秒激光加工技术具有材料普适性强、流程简单、可实现薄壁结构精密加工等优点。以中心频率850 GHz的太赫兹滤波器核心结构设计为输入,利用飞秒激光加工技术开展太赫兹滤波器核心结构的加工实验研究。考虑到低重频飞秒激光不满足高效加工的实际要求,选择高重频飞秒激光作为加工光源,在加工策略精准设计和加工参数精准优化的条件下,实现了高频太赫兹滤波器核心结构的高效精密加工。研究结果表明,高重频飞秒激光加工的太赫兹滤波器,其中心频率测试值与设计值接近。因此,高重频飞秒激光加工技术成为太赫兹滤波器核心结构加工的可选手段。

基于多模腔体的太赫兹准椭圆响应滤波器设计

随着通信技术的发展,太赫兹频段已然成为6G通信的热点频段,对于相关器件的研究也愈加深入。文章基于易于加工的金属波导结构进行设计,以通带212GHz~218GHz为指标,设计了两款具有准椭圆响应的太赫兹滤波器。所设计滤波器利用TE 201谐振腔引入传输零点,提升滤波器的矩形系数。该滤波器通过对腔体间耦合结构的位置与尺寸的控制,以调节耦合关系,进而调整传输零点位置,实现不同带外抑制度的带通滤波器,其具有较好的设计灵活性,且成本低廉。仿真设计结果显示,滤波器1通带为211.91GHz~218.17GHz,带内插入损耗小于1.38dB,且在209.80GHz和220.54GHz具有两个传输零点;滤波器2通带为211.78GHz~218.36GHz,带内插入损耗小于1.21dB,且在220.41GHz和221.82GHz具有两个传输零点,均具备较好的电气性能。

类H型结构的太赫兹带阻滤波器

本文基于对称的类H型结构设计了一种超材料太赫兹带阻滤波器,这种H型结构的连续金属臂可以流通电流。利用电磁仿真软件CST Microwave Studio 2021研究了该滤波器的滤波特性。通过改变H型双臂间距臂长、周期长度、双H间距离等,确定了滤波器的几何参数。结果表明,该结构可实现偏振选择的功能,在y偏振条件下,滤波器在0.2~2.3 THz范围内没有明显的谐振峰,但透过率范围在-15到-3 dB之间。而在x偏振条件下,在中心频率1.34 THz处可获得FWHM带宽为0.15 THz的一个阻带,传输参数约为-30 dB。最后,采用微加工工艺制备了超材料滤波器样品以验证仿真结果,使用透射式太赫兹时域光谱系统对样品进行测试,测试结果与仿真结果吻合较好。

太赫兹微加工波导滤波器

该文提出应用微加工(Micromachining)技术设计制作太赫兹6阶并联电感耦合波导带通滤波器的方法。立足于现有工艺条件,通过分析加工因素对滤波器电磁性能的影响,将工艺和设计参数相互折中达到优化设计的目的,避免因工艺原因造成的器件性能急剧恶化,最终得到插入损耗小、可靠性好、可集成的太赫兹滤波器。采用微加工深刻蚀(ICP)、溅射电镀金属、键合等工艺步骤,最终制作完成的单个微加工滤波器划片后体积为24.0 mm×5.0 mm×1.66 mm。应用可调测试夹具固定微加工滤波器,通过功率计测试其功率衰减,得到其中心频率为141.5 GHz,3dB带宽为10.6%,中心频率处功率衰减小于1 dB,验证了工艺方法的有效性。

太赫兹波导滤波器的分析与设计

分析了不同宽边情况下对滤波器加工精度的影响,分析结果表明对于不同频段的滤波器,需要选择合适的谐振腔的宽边才能达到较好的性能,同时分析了不同谐振模式的滤波器对加工精度的影响,分析表明,对于太赫兹频段滤波器,选用TE101谐振模式时存在腔体长度会比波导的宽边小很多的情况,而选用高阶谐振模式不但可以提高滤波器的品质因数Q值,减少损耗,同时也能在一定程度上降低滤波器对加工精度的要求。最后以0.34THz 4阶带通滤波器为例验证此方法的正确性,测试表明该滤波器最低损耗为-0.73dB,在0.335～0.349THz范围内损耗在-2dB以内。

太赫兹MEMS滤波器性能影响因素

在太赫兹微电子机械系统(MEMS)滤波器的制作中,每一步工艺造成的误差都会对滤波器的性能造成影响,使滤波器达不到设计要求。为能够制作出满足指标的滤波器,对影响滤波器性能的尺寸、参数进行分析,且对这些参数进行仿真找到影响的规律;结合参数仿真与滤波器的测量进行整体分析,提出有效的解决方案,提高了太赫兹MEMS滤波器的成品率和性能参数。

太赫兹波段复合型FSS带通滤波器的分析与设计

利用谱域法对频率选择表面(frequency selective surface,FSS)结构进行理论分析,设计了中心频率为0.338 THz工作在大气通信窗口的复合型FSS带通滤波器。该滤波器是对圆环槽单元滤波器进行改进,增加了三极子单元,通过研究结构参数对滤波性能的影响关系,进行结构优化。实验表明,该滤波器综合滤波性能更好,3 d B带宽可以达到69.5 GHz,回波损耗小于-13.46 d B,带内插入损耗小于0.45 d B,带内纹波低到0.1 d B,且通带平坦,有较好的带外抑制和矩形系数,边带比较陡峭。同时该滤波器在不同极化波和相同极化波不同入射角度入射时都有很好的频率稳定性,能有效地用于太赫兹通信。

基于含掺杂半导体复合光子晶体的太赫兹多通道滤波器

用n型掺杂GaAs和TiO2组成两个相同的光子晶体,并把它们串联成一个复合光子晶体。数值计算表明,复合光子晶体在0.1～6 THz的频段出现了数个相同的透射峰,这些透射峰有如下特征:当n型掺杂GaAs的掺杂浓度>1020/m3并继续增加时,从高频到低频各透射峰的透射率依次下降直至消失。当周期数变化时,透射峰的个数M和周期数N间满足关系式M=N-1,且N一定时,各透射峰的形状和中心间距相同。入射角增加时,各透射峰中心的移动很小,且入射角越大,各透射峰的半峰全宽度越窄。介质的几何厚度增加时,各透射峰的透射率和半峰全宽度不变,仅是其中心位置红移。这些现象为此复合光子晶体实现太赫兹频段的多通道滤波提供了理论指导。

太赫兹波段FSS带通滤波器的分析与设计

用HFSS仿真软件设计并分析了太赫兹频段的频率选择表面带通滤波器。其中缝隙滤波器的中心工作频率为0.346THz,透过率达到99.37%,3 dB带宽可以达到75 GHz。3层方环级联带通滤波器的通带比缝隙滤波器通带更为平坦,3 dB带宽达到了100 GHz,矩形系数也有大幅度提高。两种滤波器在不同极化波和相同极化波不同入射角度入射时都有很好的频率稳定性,并且中心工作频率在太赫兹大气窗口,可适用于太赫兹通信。

基于锑化铟的可调超材料太赫兹带阻滤波器（英文）

提出了一种工作在太赫兹频段,基于半导体材料锑化铟的超材料带阻滤波器.由于锑化铟材料介电常数的特性,该滤波器的谐振频率能够进行温度调节.同时,通过有限积分法和等效LMC电路模型分析了滤波器的几何参数对其谐振频率的影响,这两种方法得到的结果具有良好的一致性.在温度的取值范围是220~350K时,滤波器的谐振频率能够从0.91 THz动态调节到1.28 THz,并且其阻带谐振频率的透射系数能够有限地被抑制.该滤波器的传输特性在30°入射角范围内具有良好的稳定性.设计的可调超材料带阻滤波器将在太赫兹无线通信、传感等方面有潜在的应用前景.

基于二维光子晶体的宽频带太赫兹滤波器特性分析

提出了一种基于二维光子晶体的低损耗、宽频带太赫兹滤波器。利用线缺陷直波导实现对辐射波的传输,在直波导中间设置点缺陷微腔,通过改变腔内介质柱半径和分布,实现太赫兹耦合,达到滤波效果。应用平面波法(PWM)和时域有限差分法(FDTD)对滤波器滤波特性进行仿真分析,最后通过引入两组点缺陷结构,实现谐振腔的级联。

太赫兹波段可调窄带滤波器

提出了一种基于FDTD模拟的亚波长阵列结构的太赫兹波段可调窄带滤波器,其结构尺寸由16μm至160μm可调,因此可以实现滤波频率在2.5THz～20THz大范围内的调节,最小带宽达到0.04THz,实现了非常好的窄带滤波效应。此外,这种人工复合结构还可以通过改变其与太赫兹偏振夹角的方式改变太赫兹波偏振态,同时实现窄带滤波和偏振两种调制。该结构比以往结构更简单,便于实现和操作。因此在太赫兹成像系统中使用这种结构,可以有效提高系统的分辨率,对于今后的太赫兹成像研究具有重要的意义。

一种双面周期开槽型可调太赫兹带通滤波器

为实现低成本高效率的可调太赫兹带通滤波器,采用太赫兹时域波谱系统实验研究了一种在薄铝片上制作的中心开通槽两边双面对称周期性开浅槽的结构.实验结果表明由于双面耦合伪表面等离子体激元的增强透射效应,该滤波器垂直入射时在0.33THz处获得超过95%的高透射率,其透射波的发散角在5°左右.并且当滤波器侧向斜入射时透射峰一分为二,低频透射峰红移而高频透射峰蓝移;当滤波器俯仰方向斜入射时透射峰蓝移.

太赫兹波段Y型环六边形滤波器的设计与分析

参考传统的频率选择表面Y型中心连接型单元,提出一种多层结构的Y型环六边形阵列频率选择表面带通滤波器。设计了工作在太赫兹大气通信窗口的滤波器,研究了金属层数对3 d B带宽的影响,三层级联滤波器中心频率为338 GHz,3 d B带宽为75.82 GHz,带内最大插入损耗为0.48 d B。同时讨论了三层滤波器的极化方式和入射角,且该三层带通滤波器对入射波的极化方式不敏感,且在30°范围内的频率响应稳定,可适用于太赫兹大气通信、成像等领域中。

一维太赫兹光滤波器的模拟与制作(英文)

模拟并制作了基于光子带隙结构的一维太赫兹光滤波器.通过人工叠加方式制作一维周期性结构,以聚乙烯或聚四氟乙烯作为高折射率材料,用钻有圆孔的合金片作为空气层,利用太赫兹时域光谱技术测量样品在0.1～0.9 THz波段的透射谱.根据理论模拟结果,利用聚乙烯设计制作中心波长为0.3 THz的带阻滤波器,结构周期为400μm,占空比为0.5.测量的3 dB带宽为0.08 THz,与模拟结果0.07 THz基本吻合.

基于SiGe BiCMOS工艺的片上太赫兹滤波器

基于硅锗双极-互补金属氧化物半导体(SiGe BiCMOS)工艺,采用衬底集成波导(SIW)结构,设计了几款片上太赫兹滤波器。测试结果中带宽和中心频率分别为20GHz@139GHz,20GHz@168GHz和26GHz@324GHz,结果表明制作的带通滤波器中心频率与设计的偏差很小;滤波器在中心频率的插入损耗为-6dB@139GHz,-5.5dB@168GHz和-5dB@324GHz。

基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器的设计与分析

目前三通带太赫兹滤波器存在通带带宽差异大的问题。为了提高太赫兹滤波器三通带的带宽均匀性,设计了一款基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器,其结构由三个嵌套式“十”字环金属贴片、“十”字金属贴片和聚酰亚胺衬底三层结构组成。当太赫兹波垂直入射到滤波器表面时,在0.1~0.862 THz范围内形成三个滤波通带,各通带的峰值透射系数约为0.9,具有较好的通带性能,并且通带之间的传输零点的透射系数都在0.07以下,带外抑制良好。各通带的3 dB带宽的最大通带比约为1.29,10 dB带宽的最大通带比约为1.13,具有较好通带均匀性。三个工作通带的矩形系数均大于1.7,通带边沿陡峭,频率选择性良好。该滤波器具有透射系数高、带宽差异小、结构简单和易于加工等特点,其在太赫兹的多信道通信领域具有广阔的应用前景。

基于超材料的太赫兹角度滤波器研究

提出了一种基于超材料的太赫兹低通角度滤波器,该角度滤波器是一种仅允许法向入射太赫兹波透过而将其他方向传播太赫兹波滤除的器件,其结构为螺旋的左右对称开口的金属双环。仿真结果表明,在0.94 THz频率处,该器件的透射效果随着入射角的增大明显降低,且对法向入射的透射率达到94.4%,3 dB角域带宽达到25.0°。所提出的太赫兹角度滤波器在角度波谱分析、雷达数据处理、隐私保护、高信噪比检测器等领域具有重要的应用前景。

太赫兹腔体滤波器电化学加工技术研究

提出了一种太赫兹腔体滤波器的制备方法,即通过微细电解线切割技术制作出镍牺牲芯模,镍芯模表面电镀金后进行选择性溶解,最终得到太赫兹滤波器腔体。研究发现,当电流密度为0.5 A/dm2时,可获得最佳微缝处电镀金形貌,在镍蚀刻剂TFG溶液中进行超声辅助加热,48 h后镍芯模即可全部去除。采用这种方法,成功制作出了端面和内腔形貌良好的WR1.0太赫兹腔体滤波器,经矢量网络电性能测试,该器件传输和反射性能良好,有望大规模应用于太赫兹系统中。

基于液晶的可调谐太赫兹双折射滤波器的设计

液晶双折射滤波器具有室温下工作,调谐简单方便,带宽窄等优点。为了达到设计不同调谐范围和带宽的这种滤波器的目的,以满足实际应用的需要,扩大其应用范围,采用数值模拟的方法,进行参数计算和设计思路的总结,并设计了一套窄带输出的滤波器实例。结果表明,通过对影响滤波器调谐范围和输出带宽的关键参数的数值模拟和分析,为设计不同调谐范围的液晶双折射滤波器提供了依据;设计实例基本上满足预期的设计要求,调谐范围0.691~0.866 THz。