1.一种基于超颖材料的太赫兹三波段窄带带通滤波器,其特征在于:包括一个以上的在空间周期正方排列的带通滤波器模块,所述带通滤波器模块包括第一结构化金属层、介质层和第二结构化金属层,所述第一结构化金属层、介质层和第二结构化金属层依次设置形成金属-介质-金属三明治结构;所述第一结构化金属层为三个嵌套金属方环谐振单元按正方周期排列构成的金属表面,这三个嵌套金属方环谐振单元分别为第一方环谐振单元(1)、第二方环谐振单元(2)和第三方环谐振单元(3);所述第二结构化金属层为单个十字形金属谐振单元(6)按正方周期排列而构成的金属栅格;其中,嵌套的三个金属方环谐振单元分别与介质层(5)和十字形金属谐振单元(6)组成一种滤波器单元;
带通滤波器在电磁波斜入射时的多重反射-干涉过程物理模型包含两个交界面:上层金属超表面P1和下层金属栅格P2;假定一束入射角度为αi的电磁波入射到带通滤波器上,在空气/P1界面,入射波被分成两个部分,一部分被反射到空气中,相应的反射系数为同时另一部分透射到介质中,相应的透射系数为 然后透射的电磁波入射到P2/空气界面,一部分通过介质被反射到P1,相应的反射系数为另一部分穿过P2透射到空气中,相应的透射系数为 同样地,整个过程的反射和透射是在相应的空气/P1界面和P2/空气界面处多次反射和透射的叠加:其中,表示透射系数的复数形式,t12表示空气/P1界面处透射系数的幅度,t23表示P2/空气界面处透射系数的幅度,θ12表示空气/P1界面处透射系数的相位,θ23表示P2/空气界面处透射系数的相位,r21表示空气/P1界面处反射系数的幅度,r23表示P2/空气界面处反射系数的幅度,φ21表示空气/P1界面处反射系数的相位,φ23表示P2/空气界面处反射系数的相位,i表示虚数单位,β是入射波在介质中来回传播的相位差,即为:其中,k0表示自由空间波矢,d表示介质层厚度, 表示介质层材料介电常数的复数形式,αs表示P2/空气界面处的反射角度;
带通滤波器透射系数T计算为:
其中,表示透射系数 的复共轭。
2.根据权利要求1所述的太赫兹三波段超颖材料窄带带通滤波器,其特征在于:所述第一结构化金属层、第二结构化金属层分别镀在介质层正反两面。
3.根据权利要求1所述的太赫兹三波段超颖材料窄带带通滤波器,其特征在于:所述带通滤波器模块的个数为25×25个,且25×25个滤波器单元在空间周期正方排列。
4.根据权利要求1所述的太赫兹三波段超颖材料窄带带通滤波器,其特征在于:所述第一结构化金属层和第二结构化金属层采用的材料为铜。
5.根据权利要求1所述的太赫兹三波段超颖材料窄带带通滤波器,其特征在于:所述介质层(5)采用的材料为聚酰亚胺,且介质层(5)的相对介电常数ε=2.9,损耗角正切tan(δ)=0.02。
6.根据权利要求1所述的太赫兹三波段超颖材料窄带带通滤波器,其特征在于:第一、第二结构化金属层的厚度均为180-220nm。
7.根据权利要求1所述的太赫兹三波段超颖材料窄带带通滤波器,其特征在于:三个嵌套金属方环谐振单元由外向内其外边长分别为57.2~58.2μm、42.8~43.2μm和30.8~31.2μm,宽均为2.8~3.2μm,所述十字形金属谐振单元长为59.8~60.2μm,宽为0.8~1.2μm。
8.根据权利要求1所述的太赫兹三波段超颖材料窄带带通滤波器,其特征在于:三个嵌套金属方环谐振单元由外向内其外边长分别为58μm、43μm和31μm,宽均为3μm,所述十字形金属谐振单元长为60μm,宽为1μm。