基于MEMS技术的太赫兹波导滤波器研究

Terahertz waves locate between Millemeterwaves and infrared rays,which is the only undeveloped spectrum in electromagnetic spectra.THz filters, which remove unwanted frequency components from the THz signal and enhance wanted ones,to regulate frequency responses, is a key part of THz systems.For limitations in design theories, fabrications and measurements, researchs on THz filters are still in their infancy. This status restricts the development of THz systems. This project is based on micro-waveguide fabricated by MEMS technologies, which is combined with advanced fabrication process and classical structures. According to new characteristics in THz spectrum,our aim is to research THz normal waveguide filter and tunable waveguide filter by developing design theories, designing novel structures and optimizing fabrication processes,and obtain requirments satisfied THz filters. Finally advanced normal and tunable THz waveguide filter should be developed, to promote applications of THz filters and development of THz technology.

太赫兹波介于毫米波与红外线之间，是电磁波谱中唯一尚未完全开发利用的频段，也是当前科学研究热点领域之一。太赫兹滤波器可以在通带频率内提供信号输出并在阻带内提供衰减，用以控制太赫兹固态系统中某处的频率响应,在系统中起着关键作用。但由于各方面的限制，太赫兹滤波器的研究才处于起步阶段，也制约了太赫兹系统的发展。本项目以基于MEMS加工技术的矩形波导为对象，充分结合新型工艺和传统结构的优点，针对太赫兹频域的新特点，从设计理论、新结构仿真和加工技术三方面对常规太赫兹波导滤波器和可调太赫兹波导滤波器展开研究，完成相关太赫兹滤波器的设计/加工/验证，最终设计出高性能的太赫兹波导滤波器，填补可调太赫兹波导滤波器的研究空白。为太赫兹波导滤波器的广泛应用和太赫兹固态系统的发展打下良好的基础。

太赫兹波介于毫米波与红外线之间，是电磁波谱中唯一尚未完全开发利用的频段，也是当前科学研究热点领域之一。太赫兹滤波器可以在通带频率内提供信号输出并在阻带内提供衰减，用以控制太赫兹固态系统中某处的频率响应,在系统中起着关键作用。但由于各方面的限制，太赫兹滤波器的研究才处于起步阶段，也制约了太赫兹系统的发展。本项目以基于MEMS加工技术的矩形波导为对象，充分结合新型工艺和传统结构的优点，针对太赫兹频域的新特点，从设计理论、结构仿真和加工技术三方面对常规太赫兹波导滤波器和可调太赫兹波导滤波器展开了研究。提出了改进的Huray模型，弥补了传统模型在太赫兹及更高频率范围内计算精度的不足，进而建立了太赫兹频段粗糙金属表面有效电导率和表面电阻的分析方法，将上述研究应用在后续太赫兹频段金属波导滤波器设计中，提高了设计准确度。提出了在太赫兹频段实现低损耗高Q值波导谐振腔的方法，基于DRIE工艺完成了太赫兹低端三个频段内WR2.2（0.33~0.5THz）/WR1.5（0.5~0.75THz）/WR1.0（0.75~1.1THz）太赫兹滤波器的设计/加工/验证，最终的太赫兹波导滤波器样品性能优良。完成了Bimorph微执行器和对称U型梁微执行器工作机理研究和设计加工，设计了基于上述微执行器的可调太赫兹波导滤波器，填补了可调太赫兹波导滤波器的研究空白。为太赫兹波导滤波器的广泛应用和太赫兹固态系统的发展打下良好的基础。