本實(shí)用新型涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通過靜電驅(qū)動進(jìn)行調(diào)節(jié)的太赫茲帶阻濾波器。

背景技術(shù)：

太赫茲波(Terahertz，簡稱THz)是指在微波和紅外光譜之間，頻率范圍為0.1THz到10THz的電磁波(1THz＝10¹²Hz),在電磁波譜上位于超高頻率微波到遠(yuǎn)紅外輻射之間的特殊區(qū)域。太赫茲波具有非電離，安全性高和穿透性好的特性，不會破壞被探測物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及本征屬性。廣泛用于機(jī)場、海關(guān)等地方的安全監(jiān)測，在工業(yè)上用于探測集成電路焊接的損傷等。廣泛應(yīng)用太赫茲技術(shù)的關(guān)鍵之一是如何操控太赫茲波。實(shí)際應(yīng)用中，由于應(yīng)用環(huán)境噪聲以及應(yīng)用需要的限制等，需濾除不需要的頻率范圍和噪聲，提高系統(tǒng)的性能，如:很多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子化學(xué)品，生物醫(yī)學(xué)制品，在某些特定波段具有指紋式的特征譜線，當(dāng)待檢物質(zhì)組分復(fù)雜，對太赫茲波吸收強(qiáng)度不一的情況下，用太赫茲濾波器來祛除不需要的雜質(zhì)信號。因而太赫茲濾波器成為太赫茲技術(shù)廣泛應(yīng)用中的重要元件。

目前，太赫茲帶阻濾波器還沒有成熟的商業(yè)化產(chǎn)品，已有文獻(xiàn)報道的太赫茲帶阻濾波器大多是在高阻硅基底上的制作具有頻率選擇作用的金屬圖案，這類濾波器制作完成后，只能阻止特定頻率或頻帶的太赫茲波，阻帶中心頻率位置不可調(diào)節(jié)，因而大大限制了器件的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種通過靜電驅(qū)動進(jìn)行調(diào)節(jié)的太赫茲帶阻濾波器，其陣列中的倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)或一字形結(jié)構(gòu)與靜電梳齒驅(qū)動器連接，通過靜電驅(qū)動倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)和一字形結(jié)構(gòu)相對運(yùn)動，進(jìn)而對太赫茲帶阻濾波器的中心頻率位置和透射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而大大拓展太赫 茲帶阻濾波器的可適用范圍。

本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：設(shè)計一種通過靜電驅(qū)動進(jìn)行調(diào)節(jié)的太赫茲帶阻濾波器，主要包括硅基底和其上的二維陣列，硅基底上有通孔，通孔的中心與二維陣列的中心重合，通孔的最大線徑等于或大于二維陣列的最大邊長。太赫茲波從二維陣列上方進(jìn)入，穿過二維陣列得到濾波，從通孔射出。二維陣列的邊長為入射太赫茲波束的直徑1.2～1.5倍。

所述二維陣列中的一個陣列單元包括一個倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)和一個一字形結(jié)構(gòu)，所述倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)為一中空的倒梯形，即長底邊處于上方、短底邊處于下方的梯形，中空部位也為梯形，且中空部位與外輪廓的中心重合。一字形結(jié)構(gòu)與倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)的短底邊相對且平行。

倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)和一字形結(jié)構(gòu)均為硅主體，頂面為金屬層。多個陣列單元構(gòu)成二維陣列，二維陣列中同一行的倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)的長底邊相互連接，同一行的一字形結(jié)構(gòu)相互連接。

本實(shí)用新型的太赫茲帶阻濾波器在硅基底上還有一個可動框架和多個靜電梳齒驅(qū)動器。可動框架為矩形框架，套在二維陣列外圍，多個靜電梳齒驅(qū)動器對稱地固定安裝于可動框架左右兩側(cè)的硅基底上，靜電梳齒驅(qū)動器的固定梳齒與硅基底之間有絕緣層；靜電梳齒驅(qū)動器的固定梳齒和活動梳齒交錯排列?？蓜涌蚣茏笥覂蓚?cè)的靜電梳齒驅(qū)動器分為相同的上、下兩組，上組的靜電梳齒驅(qū)動器固定梳齒連接A錨點(diǎn)；活動梳齒經(jīng)彈簧與B錨點(diǎn)相連接，活動梳齒與相鄰的可動框架外側(cè)相連，上組的各靜電梳齒驅(qū)動器的移動同步，且移動方向均與可動框架的左右側(cè)邊平行。下組的靜電梳齒驅(qū)動器固定梳齒連接C錨點(diǎn)；活動梳齒經(jīng)彈簧與B錨點(diǎn)相連接，活動梳齒與相鄰的可動框架外側(cè)相連，下組的各靜電梳齒驅(qū)動器的移動同步、與上組的靜電梳齒驅(qū)動器移動方向相反。

在固定梳齒和活動梳齒之間施加直流驅(qū)動電壓，活動梳齒將移動，并帶動可動框架向一端移動。

當(dāng)A、B錨點(diǎn)間施加直流驅(qū)動電壓，上組靜電梳齒驅(qū)動器的固定梳齒和活動梳齒之間為A、B錨點(diǎn)間的電壓，此時在C錨點(diǎn)加與B錨點(diǎn)相同的電壓，故 左右側(cè)下組靜電梳齒驅(qū)動器和后側(cè)梳齒驅(qū)動器不工作。左右側(cè)上組靜電梳齒驅(qū)動器帶動可動框架向上運(yùn)動。

反之，當(dāng)C、B錨點(diǎn)間施加直流驅(qū)動電壓，在A錨點(diǎn)加與B錨點(diǎn)相同的電壓，左右側(cè)上組靜電梳齒驅(qū)動器和前側(cè)梳齒驅(qū)動器不工作，左右側(cè)下組靜電梳齒驅(qū)動器帶動可動框架向下運(yùn)動。

所述可動框架的前、后側(cè)各連接相同的一個或多個梳齒驅(qū)動器，梳齒驅(qū)動器的固定梳齒與硅基底之間有絕緣層?？蓜涌蚣艿那皞?cè)的梳齒驅(qū)動器固定梳齒連接A錨點(diǎn)，活動梳齒與可動框架前側(cè)連接，前側(cè)的梳齒驅(qū)動器的移動方向與可動框架左右兩側(cè)的上組靜電梳齒驅(qū)動器相同。可動框架的后側(cè)的梳齒驅(qū)動器固定梳齒連接C錨點(diǎn)，活動梳齒與可動框架后側(cè)連接，后側(cè)的梳齒驅(qū)動器的移動方向與可動框架左右兩側(cè)的下組靜電梳齒驅(qū)動器相同。

當(dāng)A、B錨點(diǎn)間施加直流驅(qū)動電壓，前端梳齒驅(qū)動器活動梳齒連接的可動框架同時連接上組靜電梳齒驅(qū)動器的活動梳齒，故前端梳齒驅(qū)動器活動梳齒與B錨點(diǎn)的電壓相同，前端梳齒驅(qū)動器的固定梳齒和活動梳齒之間也為A、B錨點(diǎn)間的電壓，前側(cè)梳齒驅(qū)動器與左右兩側(cè)的上組靜電梳齒驅(qū)動器一起帶動可動框架向上運(yùn)動。后側(cè)梳齒驅(qū)動器不工作。梳齒驅(qū)動器與靜電梳齒驅(qū)動器的區(qū)別為其活動梳齒不連接彈簧。

與之相似，當(dāng)C、D錨點(diǎn)間施加直流驅(qū)動電壓，后側(cè)梳齒驅(qū)動器與左右兩側(cè)的下組靜電梳齒驅(qū)動器一起帶動可動框架向下運(yùn)動。前側(cè)梳齒驅(qū)動器不工作

所述二維陣列中同一行相互連接的一字形結(jié)構(gòu)的左右兩端的一字形結(jié)構(gòu)的外端連接D錨點(diǎn)。二維陣列中同一行相互連接的倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)的左右兩端梯形環(huán)結(jié)構(gòu)的外端連接可動框架內(nèi)側(cè)。或者，所述二維陣列中同一行相互連接的一字形結(jié)構(gòu)的左右兩端的一字形結(jié)構(gòu)的外端連接可動框架內(nèi)側(cè)。二維陣列中同一行相互連接的倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)的左右兩端梯形環(huán)結(jié)構(gòu)的外端連接D錨點(diǎn)。

A、B、C和D錨點(diǎn)與硅基底固定連接，且與硅基底之間有絕緣層。

靜電梳齒驅(qū)動器驅(qū)動可動框架移動，可動框架帶動倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)或者一字形結(jié)構(gòu)運(yùn)動，改變倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)和一字形結(jié)構(gòu)之間的間距，從而調(diào)節(jié)控制 本帶阻濾波器的中心頻率。

所述倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)的梯形短底邊最小為零，最長為與長底邊相等。即所述倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)的梯形可為三角形或長方形。

所述倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)的梯形為等腰梯形，二底角為15°～90°，長底邊與高的比值為(0.5～3)/1。

所述倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)和一字形結(jié)構(gòu)頂面的金屬層為金層、銀層、銅層和鋁層中的任一種，厚度為0.05～1.0微米。

所述絕緣層為氧化鋁層或者氧化硅層，厚度為0.5～3微米。

所述的倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)、一字形結(jié)構(gòu)、可動框架、靜電梳齒驅(qū)動器、折疊彈簧的材料均為厚度相同的硅，厚度為10～100微米。

所述二維陣列每個陣列單元的長或?qū)挒?0～300微米。所述每個陣列單元中的倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)短底邊及兩腰的線寬度相同為s＝3～15微米。長底邊的線寬度為s微米～(s+15)微米，一字形結(jié)構(gòu)的線寬度為6～20微米。

所述一字形結(jié)構(gòu)頂側(cè)與倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)短底邊底側(cè)之間的距離為二者的間距，二者的最小間距為3～10微米。

所述可動框架的線寬度為3～15微米。所述的靜電梳齒驅(qū)動器的固定梳齒和活動梳齒的數(shù)量各為5～50，梳齒長度為20～200微米，寬度為3～10微米，相鄰梳齒的間距為2～10微米。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型一種通過靜電驅(qū)動進(jìn)行調(diào)節(jié)的太赫茲帶阻濾波器的優(yōu)點(diǎn)為：靜電梳齒驅(qū)動器驅(qū)動可動框架，帶動倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)或一字形結(jié)構(gòu)運(yùn)動，改變一字形結(jié)構(gòu)和倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)之間的間距，從而實(shí)現(xiàn)了太赫茲帶阻濾波器中心頻率和透射功率的動態(tài)調(diào)節(jié)控制，顯著提高了太赫茲帶阻濾波器的性能，并拓展其應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1本通過靜電驅(qū)動進(jìn)行調(diào)節(jié)的太赫茲帶阻濾波器實(shí)施例俯視示意圖；

圖2為圖1中A-A向剖視圖；

圖3為一個陣列單元結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；

圖4為圖3中B-B剖視圖。

圖5為太赫茲帶阻濾波器在間距d為0微米，0.1微米，0.5微米，1微米，2微米，3微米的透射功率曲線對比圖。

圖中：1、硅基底，2、倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)，3、一字形結(jié)構(gòu)，4、可動框架，5、靜電梳齒驅(qū)動器，6、A錨點(diǎn)，7、B錨點(diǎn)，8、C錨點(diǎn)，9、D錨點(diǎn)，10、梳齒驅(qū)動器，11、絕緣層，12、金屬層，13、通孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)介紹本實(shí)用新型一種通過靜電驅(qū)動進(jìn)行調(diào)節(jié)的太赫茲帶阻濾波器。

本通過靜電驅(qū)動進(jìn)行調(diào)節(jié)的太赫茲帶阻濾波器實(shí)施例如圖1和2所示，硅基底1上有二維陣列，一個可動框架4和多個靜電梳齒驅(qū)動器5。

本例二維陣列共有21×27個陣列單元，每個陣列單元為90微米×70微米，二維陣列長寬邊長均為1890微米。本例入射太赫茲波束的直徑1500微米。本例硅基底1有正方形通孔13，通孔13的中心與二維陣列的中心重合，通孔13的邊長為2毫米。

太赫茲波從二維陣列上方進(jìn)入，穿過二維陣列得到濾波，從通孔13射出，

一個陣列單元的結(jié)構(gòu)如圖3和4所示，包括一個倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2和一個一字形結(jié)構(gòu)3，倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2為一中空的倒梯形，即長底邊處于上方、短底邊處于下方的梯形，中空部位為與外輪廓相似的梯形，且中空部位與外輪廓的中心重合，一字形結(jié)構(gòu)3與倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2的短底邊相對且平行。

本例倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2的梯形為等腰梯形，底角為37°，上方的長底邊為90微米，下方的短底邊為30微米，高度為40微米。倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2的各邊邊線寬度為5微米，長底邊線寬度為17微米，增加了12微米。一字形結(jié)構(gòu)3的線寬度為12微米，長度為90微米。本例一字形結(jié)構(gòu)3頂側(cè)與倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2短底邊底側(cè)之間的距離為二者的間距d，本例最小間距，即d的最小值為3微米。

本例倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2和一字形結(jié)構(gòu)3硅主體的厚度為25微米，頂面的金屬層12為厚度0.65微米的金層。

在硅基底1上的可動框架4矩形框架，套在二維陣列外圍，12個靜電梳 齒驅(qū)動器5對稱地固定安裝于可動框架4左右兩側(cè)的硅基底1上，靜電梳齒驅(qū)動器5的固定梳齒與硅基底1之間有絕緣層11；靜電梳齒驅(qū)動器5的固定梳齒和活動梳齒交錯排列?？蓜涌蚣?左右兩側(cè)的12個靜電梳齒驅(qū)動器分為相同的上、下兩組，每組每側(cè)3個，上組的靜電梳齒驅(qū)動器固定梳齒連接A錨點(diǎn)6；活動梳齒經(jīng)彈簧與B錨點(diǎn)7相連接，活動梳齒與相鄰的可動框架4外側(cè)相連，上組的各靜電梳齒驅(qū)動器5的移動同步，且移動方向均與可動框架4的左右側(cè)邊平行。下組的靜電梳齒驅(qū)動器5固定梳齒連接C錨點(diǎn)8；活動梳齒經(jīng)彈簧與B錨點(diǎn)7相連接，活動梳齒與相鄰的可動框架4外側(cè)相連，下組的各靜電梳齒驅(qū)動器5的移動同步、與上組的上組的靜電梳齒驅(qū)動器5移動方向相反。

本例可動框架的前、后側(cè)各連接一個相同的梳齒驅(qū)動器10，梳齒驅(qū)動器10的固定梳齒與硅基底1之間有絕緣層11；可動框架4的前側(cè)的梳齒驅(qū)動器10固定梳齒連接A錨點(diǎn)6，活動梳齒與可動框架4前側(cè)連接，前側(cè)的梳齒驅(qū)動器10的移動方向與可動框架4左右兩側(cè)的上組靜電梳齒驅(qū)動器5相同?？蓜涌蚣?的后側(cè)的梳齒驅(qū)動器10固定梳齒連接C錨點(diǎn)8，活動梳齒與可動框架4后側(cè)連接，后側(cè)的梳齒驅(qū)動器10的移動方向與可動框架4左右兩側(cè)的下組靜電梳齒驅(qū)動器5相同。

本例二維陣列中同一行相互連接的一字形結(jié)構(gòu)3的左右兩端的一字形結(jié)構(gòu)3的外端連接可動框架4內(nèi)側(cè)。二維陣列中同一行相互連接的倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2的左右兩端倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2的外端連接D錨點(diǎn)9。

本例A錨點(diǎn)6、B錨點(diǎn)7、C錨點(diǎn)8和D錨點(diǎn)9與硅基底1固定連接，且與硅基底1之間有厚度1微米的氧化鋁絕緣層11，各錨點(diǎn)線寬度為20微米。

本例可動框架4、靜電梳齒驅(qū)動器5、梳齒驅(qū)動器10的材料都為硅，厚度為25微米。

本例可動框架4的線寬度為6微米。

本例28個靜電梳齒驅(qū)動器5相同，固定梳齒和活動梳齒的數(shù)量各為25，梳齒長度為30微米，寬度為3微米，相鄰梳齒的間距為4微米。

本例可動框架4前、后側(cè)梳齒驅(qū)動器的固定梳齒和活動梳齒的數(shù)量各為14，梳齒長度為30微米，寬度為3微米，相鄰梳齒的間距為4微米。

本例靜電梳齒驅(qū)動器5和梳齒驅(qū)動器10的固定梳齒與硅基底1之間有厚度1微米的氧化鋁絕緣層11。

實(shí)際應(yīng)用中，通過增加與可動框架4連接的靜電梳齒驅(qū)動器5和梳齒驅(qū)動器10的數(shù)量，或者增加每個靜電梳齒驅(qū)動器5和梳齒驅(qū)動器10的梳齒數(shù)量，即可降低它們的驅(qū)動電壓。

本例只要在A錨點(diǎn)6和B錨點(diǎn)7之間施加一個直流驅(qū)動電壓、C錨點(diǎn)8施加與B錨點(diǎn)7相同的電壓，或者在C錨點(diǎn)8和B錨點(diǎn)7之間施加一個直流驅(qū)動電壓、A錨點(diǎn)6施加與B錨點(diǎn)7相同的電壓，就可以驅(qū)動各靜電梳齒驅(qū)動器5和梳齒驅(qū)動器10工作，驅(qū)動可動框架4移動，可動框架4帶動一字形結(jié)構(gòu)3移動，調(diào)整倒梯形環(huán)結(jié)構(gòu)2與一字形結(jié)構(gòu)3之間的間距，從而實(shí)現(xiàn)對本帶阻濾波器中心頻率位置和透射功率的動態(tài)調(diào)節(jié)。

圖4所示為本通過靜電驅(qū)動進(jìn)行調(diào)節(jié)的太赫茲帶阻濾波器實(shí)施例在間距d為0微米，0.1微米，0.5微米，1微米，2微米，3微米的透射功率曲線對比圖，圖中橫坐標(biāo)為頻率f，單位為THz，縱坐標(biāo)為透射功率T，單位為dB。圖4中可見隨著d的改變，本太赫茲帶阻濾波器的中心頻率和透射功率都有改變。

上述實(shí)施例，僅為對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個例，本實(shí)用新型并非限定于此。凡在本實(shí)用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。