图1-15给出了垂直入射时,3种十字孔结构在TE极化波时的传输特性。其中实线为图1-14对应的双十字孔结构。可见该结构在0.303 THz和0.38 THz两个频率点位置均出现了带通滤波特性,对应的最高透射率分别为94.9%和94.6%。这两个模拟得到的频率点与理论计算值0.3 THz和0.375 THz基本一致。点线和短划线分别给出了只有小十字孔和大十字孔结构时的传输特性曲线。可见,两种结构均有带通滤波特性,其中小十字孔结构和大十字孔结构分别对应双孔带通滤波器的高频和低频位置,从而进一步说明了双十字孔结构的双波段滤波器特性是由大孔和小孔的叠加效应引起的。
图1-14 双十字孔结构模型
图1-15 在垂直入射时,3种类型十字孔结构传输曲线的对比
为了进一步给出双波段滤波器的物理机理,图1-16给出了2×2结构单元分别在0.303 THz和0.38 THz两个谐振频率点的电场分布。可见在谐振频率0.303 THz处,电场主要集中在大十字孔位置。而在谐振频率0.38 THz处,电场主要集中在小十字孔位置,从而进一步说明了该双波段滤波器是由两个孔结构的电场谐振叠加引起的。
图1-16 双波段带通滤波器在谐振频率0.303 THz和0.38 THz处的场分布(www.xing528.com)
针对双十字孔结构的双波段带通滤波器,表1-3给出了3个实际加工的样品参数。利用太赫兹时域光谱技术对3个样品进行垂直入射时的测试,测试结果如图1-17所示。其中点线和实线分别对应TM极化波和TE极化波的实验测试结果,短划线为TE极化波与TM极化波的模拟结果。可以看出TE极化波和TM极化波对应的测试曲线的频率和幅度基本一致,从而进一步说明了其极化不敏感特性。在TE极化波情况下,样品Ⅰ在0.312 THz和0.403 THz两个频率对应的最高透射率分别为81%和78%,而模拟的结果是在中心频率0.314 THz和0.401 THz处对应的透射率峰值均高于95%。对于样品Ⅱ,测试表明其在0.343 THz和0.43 THz处的透射率峰值分别为77%和80%,而模拟结果是在0.35 THz和0.43 THz处对应的透射率峰值分别为95%和97%。对于样品Ⅲ,测试结果是在0.336 THz和0.396 THz处的透射率峰值分别为76%和84%,而模拟结果是在0.334 THz和0.398 THz处透射率峰值均为96%。对于测试与模拟的差距,主要原因可以分为以下几方面。一是加工误差造成的,即实际加工的尺寸与模拟值存在差距。二是加工样品的粗糙度也会影响传输幅度。三是模拟采用周期结构,而实验测试的样品周期单元有限,这也会引起测试和模拟的差距。
表1-3 双十字孔结构双波段带通滤波器的参数
图1-17 在垂直入射时3个双十字孔样品的测试和模拟曲线对比
图1-18给出了3个样品在TM极化波入射,入射角度分别为0°、15°和30°时的传输曲线。其中图1-18(a)和图1-18(b)分别为模拟曲线和测试曲线。可见,模拟和测试的趋势基本一致,并且随着角度的增加,谐振频率往低频方向移动,传输幅度降低。幅度降低是因为入射角度的增大使得通过十字孔的电磁波减少。
图1-18 在斜入射时3个样品的模拟和实验曲线对比
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