一种基于合成位移空间的动态滤波器

本发明涉及微波与光子学，更具体的，涉及一种基于合成位移空间的动态滤波器。

背景技术：

1、在现代光学和光子学领域，拓扑边界模式因其在边缘或界面上的局域性而备受关注。这些模式存在于拓扑材料的边缘，已经在鲁棒波导、光学微腔和拓扑激光器等多种光子应用中得到广泛应用。拓扑边界模式的特点在于它们可以保持光波的传输不受到局部缺陷或杂质的影响，从而在保证信号稳定传输的同时，还能有效地避免能量损失。传统的光子器件设计多基于静态模型，这意味着一旦光子结构被制造出来后，其物理属性和功能就被固定，这在一定程度上限制了器件的应用范围和灵活性。在实际应用中，特别是在高速发展的信息技术领域，对于能够实时调控和重配置的光子器件的需求日益增长。例如，在光学通信系统中，为了适应不同的通信频段和环境条件，需要能够动态调整工作频率和带宽的光学滤波器。

2、尽管近年来关于可调拓扑设备的研究取得了一定的进展，这些研究主要集中在通过改变材料参数例如改变折射率、几何形状等，来实现对器件性能的调节。然而，这种方法存在明显的局限性：一是材料参数的调整范围有限，导致设备的调谐范围受限；二是一旦光子结构被制造出来，改变其材料参数往往需要复杂的过程或无法实现，这大大降低了器件的调控灵活性。因此，开发一种新型的、基于非传统机制的动态可调控光子设备成为了该领域的重要研究方向。理想的光子器件应该能够在不改变材料本身参数的前提下，通过外部控制实现对其工作状态的快速、灵活调节，以适应快速变化的应用需求。这就要求从光子结构的基本工作原理入手，探索新的物理机制和设计方法，以实现对拓扑边界模式的高效调控，进而开拓光子技术的新应用领域。

技术实现思路

1、本发明为克服上述现有技术存在滤波器无法实现动态滤波调谐的问题，提供一种基于合成位移空间的动态滤波器，实现动态滤波调节。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种基于合成位移空间的动态滤波器，包括金属矩形波导、第一机械调谐装置、第二机械调谐装置、若干个第一微波光子晶体介质板、若干个第二微波光子晶体介质板。

4、所述若干个第一微波光子晶体介质板等间距设置在金属矩形波导的一半段，所述若干个第二微波光子晶体介质板等间距设置在金属矩形波导的另一半段。

5、所述第一机械调谐装置、第二机械调谐装置均设置在金属矩形波导的两侧面，第一机械调谐装置与每个第一微波光子晶体介质板的两个侧面固定连接；第二机械调谐装置与每个第二微波光子晶体介质板的两个侧面固定连接。

6、最靠近金属矩形波导中心位置的第一微波光子晶体介质板与金属矩形波导的中心位置设置-δx的平移量，且此第一微波光子晶体介质板的二维空间的陈数非零。

7、最靠近金属矩形波导中心位置的第二微波光子晶体介质板与金属矩形波导的中心位置设置δx的平移量；且此第二微波光子晶体介质板的二维空间的陈数非零。

8、通过引入平移量δx作为一种合成位移参数，与动量波矢共同组成一个二维空间，其二维空间的陈数非零，通过改变平移量δx，实现不同频率的滤波输出。

9、优先地，所述第一机械调谐装置、第二机械调谐装置分别与金属矩形波导可滑动连接，第一机械调谐装置设于金属矩形波导的第一位置，第二机械调谐装置设于金属矩形波导的第二位置，第一位置与第二位置之间的高度差大于第一机械调谐装置、第二机械调谐装置的宽度。

10、所述第一机械调谐装置、第二机械调谐装置均为长方体结构，均采用铝合金制成。

11、进一步地，所述第一机械调谐装置通过左右滑动实现平移，改变第一微波光子晶体介质板距离金属矩形波导的中心位置的平移量；

12、所述第二机械调谐装置通过左右滑动实现平移，改变第二微波光子晶体介质板距离金属矩形波导的中心位置的平移量。

13、优选地，所述第一微波光子晶体介质板内的光子晶体与第二微波光子晶体介质板内的光子晶体的晶格常数相同。

14、晶格常数a＝45-55mm。

15、优选地，平移量δx的变化范围为[-25mm，25mm]。

16、所述第一微波光子晶体介质板与第二微波光子晶体介质板形状、材质相同，均为长方形介质板；长方形介质板的长度la＝70-80mm，宽度lb＝45-55mm，厚度d1＝5-15mm。

17、进一步地，所述金属矩形波导的宽度与长方形介质板的宽度相等，金属矩形波导的厚度与长方形介质板的长度相等。

18、长度为lc＝500mm，宽度ld＝50mm，厚度d＝75mm。

19、优选地，所述第一机械调谐装置、第二机械调谐装置结构相同，长度均为le＝240mm，宽度为lf＝9mm，厚度为lg＝2mm。

20、优选地，所述的第一微波光子晶体介质板、第二微波光子晶体介质板均采用亚克力板制成，第一微波光子晶体介质板、第二微波光子晶体介质板的折射率为1.5-1.7。

21、优选地，所述金属矩形波导中的填充材料为空气，金属矩形波导的折射率为1。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、通过机械调谐装置可以实时改变微波光子晶体中的介质板平移量，实现对一维微波光子晶体内拓扑边界模式的动态调控；平移量的改变实现了不同频率的拓扑边界模式，同时引入了非零的陈数，保持了时间反演对称性，通过改变平移量实现不同频率的滤波输出。

技术特征：

1.一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，包括金属矩形波导(3)、第一机械调谐装置(4)、第二机械调谐装置(5)、若干个第一微波光子晶体介质板(1)、若干个第二微波光子晶体介质板(2)；

2.根据权利要求1所述的一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，所述第一机械调谐装置(4)、第二机械调谐装置(5)分别与金属矩形波导(3)可滑动连接，第一机械调谐装置(4)设于金属矩形波导(3)的第一位置，第二机械调谐装置(5)设于金属矩形波导(3)的第二位置，第一位置与第二位置之间的高度差大于第一机械调谐装置(4)、第二机械调谐装置(5)的宽度；

3.根据权利要求2所述的一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，所述第一机械调谐装置(4)通过左右滑动实现平移，改变第一微波光子晶体介质板(1)距离金属矩形波导(3)的中心位置的平移量；

4.根据权利要求1所述的一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，所述第一微波光子晶体介质板(1)内的光子晶体与第二微波光子晶体介质板(2)内的光子晶体的晶格常数相同；

5.根据权利要求1所述的一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，平移量δx的变化范围为[-25mm，25mm]。

6.根据权利要求1所述的一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，所述第一微波光子晶体介质板(1)与第二微波光子晶体介质板(2)形状、材质相同，均为长方形介质板；长方形介质板的长度la＝70-80mm，宽度lb＝45-55mm，厚度d1＝5-15mm。

7.根据权利要求5所述的一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，所述金属矩形波导(3)的宽度与长方形介质板的宽度相等，金属矩形波导(3)的厚度与长方形介质板的长度相等；

8.根据权利要求2所述的一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，所述第一机械调谐装置(4)、第二机械调谐装置(5)结构相同，长度均为le＝240mm，宽度为lf＝9mm，厚度为lg＝2mm。

9.根据权利要求1所述的一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，所述的第一微波光子晶体介质板(1)、第二微波光子晶体介质板(2)均采用亚克力板制成，第一微波光子晶体介质板(1)、第二微波光子晶体介质板(2)的折射率为1.5-1.7。

10.根据权利要求1所述的一种基于合成位移空间的动态滤波器，其特征在于，所述金属矩形波导(3)中的填充材料为空气，金属矩形波导(3)的折射率为1。

技术总结
本发明公开了一种基于合成位移空间的动态滤波器，包括金属矩形波导、第一机械调谐装置、第二机械调谐装置、若干个第一微波光子晶体介质板、若干个第二微波光子晶体介质板；第一机械调谐装置、第二机械调谐装置均设置在金属矩形波导的两侧面，第一机械调谐装置与每个第一微波光子晶体介质板的两个侧面固定连接；第二机械调谐装置与每个第二微波光子晶体介质板的两个侧面固定连接；通过引入平移量Δx作为一种合成位移参数，与动量波矢共同组成一个二维空间，其二维空间的陈数非零，通过改变平移量Δx，实现不同频率的滤波输出；本发明用于实现动态滤波调节。

技术研发人员：陈晓东,刘墨点,董建文,陈文杰,何辛涛
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13