[實(shí)用新型]人工表面等離子體耦合諧振腔波導(dǎo)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720412558.X
• 申請(qǐng)日: 2017-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN206758621U
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高振;許弘毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳凌波近場(chǎng)科技有限公司
• 主分類號(hào): H01P3/12
• 分類號(hào): H01P3/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型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(dǎo)。

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(rèn)為是一種非常有希望作為未來亞波長太赫茲和光學(xué)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(yuǎn)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(dǎo)信號(hào)。2004年帝國理工大學(xué)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(dǎo)，例如多米諾人工表面等離子體波導(dǎo)(domino surface plasmon waveguide)和共面人工表面等離子體波導(dǎo)(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(duì)于傳統(tǒng)的人工表面等離子體波導(dǎo)，由于表面電磁波在通過無彎曲半徑的彎曲波導(dǎo)時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的散射，不僅會(huì)降低信號(hào)的傳輸效率，而且會(huì)在不同集成器件中產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)串?dāng)_，極大地限制了亞波長太赫茲和光學(xué)集成全光電路的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型中首次提出了一種人工表面等離子體耦合諧振腔波導(dǎo)的概念并成功實(shí)現(xiàn)了表面電磁波在通過無彎曲半徑的波導(dǎo)時(shí)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(dǎo)表面電磁波。由于多極模式的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，比如四階和八階模式的四重旋轉(zhuǎn)對(duì)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(dǎo)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生反射和散射，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)在較寬的帶寬內(nèi)的完美傳輸。

本實(shí)用新型的人工表面等離子體耦合諧振腔波導(dǎo)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(gè)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(gè)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(jìn)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(biāo)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(dǎo)結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型公開了一種直波導(dǎo)，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(dǎo)，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(dǎo)，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(fù)合波導(dǎo)，其特征在于由任意數(shù)量的直波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)或無彎曲半徑的直角波導(dǎo)按任意次序排列而成。

本實(shí)用新型提出了一種不同于傳統(tǒng)人工表面等離子體波導(dǎo)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及多種實(shí)現(xiàn)方式，該波導(dǎo)是通過表面等離子體諧振腔之間的弱耦合來實(shí)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(duì)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(dǎo)時(shí)不會(huì)發(fā)生反射和散射，從而實(shí)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(tái)。

附圖說明

圖1單個(gè)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(dǎo)。

圖2(b)正向激發(fā)和側(cè)向激發(fā)時(shí)該人工表面等離子體耦合諧振腔直波導(dǎo)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(dǎo)所支持的四階模式，六階模式，八階模式的近場(chǎng)傳輸譜曲線。