[發(fā)明專利]一種人工表面等離子體耦合諧振腔波導

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710257785.4
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107039722A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高振;許弘毅
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳凌波近場科技有限公司
• 主分類號: H01P3/12
• 分類號: H01P3/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于人工表面等離子體器件領(lǐng)域，具體涉及一種人工表面等離子體耦合諧振腔波導。

背景技術(shù)

表面等離子體(光波段存在于金屬介質(zhì)交界面的一種表面電磁波)被廣泛認為是一種非常有希望作為未來亞波長太赫茲和光學全光集成電路的信息載體。但是在低頻波段，例如微波、太赫茲以及遠紅外波段，金屬的介電常數(shù)接近完美金屬，所以電磁波在金屬表面的約束很差，不能作為一種有效的信息載體來傳導信號。2004年帝國理工大學的pendry教授提出了人工表面等離子體的概念，即在金屬表面引入孔洞來增加電磁波的趨膚深度，從而增加電磁波在金屬表面的約束。

傳統(tǒng)的人工表面等離子體波導，例如多米諾人工表面等離子體波導(domino surface plasmon waveguide)和共面人工表面等離子體波導(conformal surface plasmon wavegudie)，都可以把電磁波約束在金屬表面亞波長的范圍內(nèi)傳輸。然而對于傳統(tǒng)的人工表面等離子體波導，由于表面電磁波在通過無彎曲半徑的彎曲波導時通常會產(chǎn)生嚴重的散射，不僅會降低信號的傳輸效率，而且會在不同集成器件中產(chǎn)生嚴重的信號串擾，極大地限制了亞波長太赫茲和光學集成全光電路的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明中首次提出了一種人工表面等離子體耦合諧振腔波導的概念并成功實現(xiàn)了表面電磁波在通過無彎曲半徑的波導時無反射、無散射的完美傳輸。我們的解決方案是利用一種支持多極諧振腔模式的表面等離子體諧振腔之間的弱耦合來傳導表面電磁波。由于多極模式的旋轉(zhuǎn)對稱性，比如四階和八階模式的四重旋轉(zhuǎn)對稱性，表面電磁波在通過由該諧振腔構(gòu)成的無彎曲半徑的彎曲波導時不會產(chǎn)生反射和散射，從而實現(xiàn)信號在較寬的帶寬內(nèi)的完美傳輸。

本發(fā)明的人工表面等離子體耦合諧振腔波導由人工表面等離子體振腔排列組成，所述的人工表面等離子體振腔為印刷在介質(zhì)底板上的銅片柵格或支持磁偶極子模式的金屬螺旋結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述的印刷在介質(zhì)底板上的銅片柵格包括圓形銅片和環(huán)繞布置在銅片周圍的柵格；該表面等離子體諧振腔各幾何尺寸之間的關(guān)系為：2πR＝N*d, 其中R為諧振腔半徑，N為柵格數(shù)目，d為柵格之間的周期。柵格與柵格之間的最大縫隙寬度a＝d/2。

優(yōu)選的，所述的柵格之間的周期d＝1.256mm，柵格之間的縫隙寬度 a＝0.628mm，柵格的長度r＝9mm，整個銅盤的半徑為R＝12mm，銅片厚度為 0.018mm，介質(zhì)底板的厚度為0.254mm。

優(yōu)選的，所述的支持磁偶極子模式的金屬螺旋結(jié)構(gòu)包含一個螺旋中心和多根金屬螺旋臂；所述的多根金屬螺旋臂旋向和結(jié)構(gòu)相同，并均勻連接在螺旋中心上。

更進一步的，所述的多根金屬螺旋臂遵循阿基米德螺旋線規(guī)律，其極坐標方程為:r＝aθ；相鄰臂間的距離相等，為2πa，其中a為常數(shù)。

優(yōu)選的，所述的相鄰人工表面等離子體諧振腔邊緣之間的間距為1‐10mm。

基于上述的人工表面等離子體耦合諧振腔波導結(jié)構(gòu)，本發(fā)明公開了一種直波導，其特征在于所述的人工表面等離子體振腔排列在一條直線上。

一種彎曲波導，其特征在于所述的人工表面等離子體振腔排列在一條曲線上。

一種無彎曲半徑的直角波導，其特征在于所述的人工表面等離子體振腔排列在一條無彎曲半徑的直角折線上。

一種復合波導，其特征在于由任意數(shù)量的直波導、彎曲波導或無彎曲半徑的直角波導按任意次序排列而成。

本發(fā)明提出了一種不同于傳統(tǒng)人工表面等離子體波導的波導結(jié)構(gòu)及多種實現(xiàn)方式，該波導是通過表面等離子體諧振腔之間的弱耦合來實現(xiàn)表面電磁波的傳輸?shù)摹Ｓ捎谠摫砻娴入x子體諧振腔支持具有四重旋轉(zhuǎn)對稱性的四階諧振模式和八階諧振模式，所以表面電磁波在通過由該諧振腔組成的無彎曲半徑的彎曲波導時不會發(fā)生反射和散射，從而實現(xiàn)表面電磁波的完美傳輸，為未來高度集成的等離子體電路提供了一種新的集成平臺。

附圖說明

圖1單個銅片柵格表面等離子體諧振腔示意圖。

圖2(a)人工表面等離子體耦合諧振腔直波導。

圖2(b)正向激發(fā)和側(cè)向激發(fā)時該人工表面等離子體耦合諧振腔直波導所支持的四階模式，六階模式，八階模式的色散曲線。

圖2(c)該人工表面等離子體耦合諧振腔波導所支持的四階模式，六階模式，八階模式的近場傳輸譜曲線。

圖2(d)-(g)為該耦合諧振腔直波導所支持的四階模式，六階模式，八階模式的電場分布圖。其中六階模式有兩種不同的激發(fā)方式，分別是正向激發(fā)和側(cè)向激發(fā)。