[實用新型]一種基于表面波光子晶體的開放式法布里佩羅諧振腔

有效

• 申請號: 201720631293.2
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN206947491U
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 高振;許弘毅;張柏樂
• 申請（專利權）人: 深圳凌波近場科技有限公司
• 主分類號: H01P7/06
• 分類號: H01P7/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本實用新型屬于等離子體法布里佩羅諧振腔領域，具體涉及一種基于表面波光子晶體的開放式法布里佩羅諧振腔。

背景技術

法布里佩羅諧振腔是一種由兩塊反射板組成的諧振腔，電磁波在兩塊反射板之間多次反射形成駐波。

表面等離子體激元(surface plasmon polaritons，簡稱SPPs)是一種存在于光學波段沿金屬與介質交界面的光子與電子的混合激發態。表面等離子體激元不僅擁有突破衍射極限的亞波長自約束，而且可以像電磁波一樣在金屬表面傳播，非常有希望作為未來高集成度、超小型化太赫茲和光學集成電路系統的信息載體。

現有的等離子體法布里佩羅諧振腔是一種長的金屬納米線，表面等離子體在納米線上傳播并在其兩端產生反射形成諧振。或者在微波太赫茲波段是一段有限長的人工表面等離子體波導，也會在兩端形成反射而產生諧振。因為現有的等離子體法布里佩羅諧振腔是放置在空氣中，所以不僅會在在諧振腔的兩端產生嚴重的散射，而且表面等離體的約束不強，這樣就造成現有的法布里佩羅諧振腔的品質因數很低。而且現有的法布里佩羅諧振腔一旦加工完成，它的諧振頻率和諧振模式的數目是不可調的，這極大的限制了它的應用。

發明內容

本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供了一種基于表面波光子晶體的新型開放式法布里佩羅諧振腔。

基于表面波光子晶體的開放式法布里佩羅諧振腔，其為在金屬表面上周期性金屬柱狀結構構成的表面波光子晶體中通過降低部分金屬柱柱高形成的諧振腔，所述金屬柱與柱之間的距離相等，且該距離小于表面波工作波長的二分之一；所述諧振腔的諧振頻率處在周圍較高金屬柱組成的表面波光子晶體的禁帶之內；所述降低高度后的金屬柱高度相同。

優選的，所述的被降低高度的金屬柱為連續排列的金屬柱，被降低高度的金屬柱構成諧振腔。連續排列的金屬柱可以構成線形結構、塊狀結構或任意其它形狀的結構。連續排列是指被降低柱高的金屬柱至少一個方向與其它被降低柱高的金屬柱鄰接，而不被較高金屬柱完全包圍。

優選的，所述的被降低高度的金屬柱均位于表面波光子晶體內部。

優選的，所述的被降低高度的金屬柱呈直線排列。

優選的，所述的被降低高度的金屬柱呈曲線或折線排列。

優選的，所述的被降低高度的金屬柱呈無彎曲半徑的90°折線排列。

本實用新型設計的開放式法布里佩羅諧振腔，和傳統的諧振腔相比，該諧振腔的模式數目和諧振頻率均可以通過改變缺陷金屬柱的數目來調節，在微波太赫茲集成電路中有重要應用。

本實用新型設計的開放式諧振腔是由基于表面波光子晶體的禁帶形成的，所以相比于傳統法布里佩羅諧振腔有更高的品質因數，可以提高環境介質折射率探測的靈敏度。

附圖說明

圖1為基于表面波光子晶體的開放式法布里佩羅諧振腔的結構示意圖；

圖2(a)由七個缺陷金屬柱組成的法布里佩羅諧振腔實驗裝置示意圖；圖2(b)為開放式法布里佩羅諧振腔的近場諧振頻譜；圖2(c)為開放式法布里佩羅諧振腔所支持的七個諧振模式的電場分布圖；

圖3(a)由三個缺陷金屬柱組成的開放式法布里佩羅諧振腔的近場諧振頻譜；圖3(b) 為該開放式法布里佩羅諧振腔所支持的三個諧振模式；圖3(c)該開放式法布里佩羅諧振腔所支持的三個諧振模式的電場分布圖。

具體實施方式

本實用新型所設計的基于表面波光子晶體的開放式法布里佩羅諧振腔如圖1所示，在金屬平面上周期性金屬柱狀結構構成的表面波光子晶體中通過降低部分金屬柱子高度來形成諧振腔。金屬圓柱的高度為H＝5mm，半徑r＝1.25mm，周期為d＝5mm，通過本征模式分析可以得到該表面波光子晶體在12.6GHz到27GHz存在一個表面波光子禁帶。為了在此表面波光子晶體上設計法布里佩羅諧振腔，我們把其中數根金屬柱的高度從H＝5mm降低到 h＝4.3mm，這樣由較短的金屬柱組成的諧振腔的諧振頻率正好處在周圍較長金屬柱組成的表面波光子晶體的禁帶之內。

實驗裝置如圖2(a)所示，我們用一根單極子天線作為激發源來激發該諧振腔，用另一個單極子天線作為探針來探測該諧振腔的近場頻譜。該諧振腔的缺陷金屬柱數目為N＝7，其近場頻譜如圖2(b)所示，可以看到在周圍表面波光子晶體禁帶內總共有七個諧振模式。頻率從低到高分別為M0，M1，M2，M3，M4，M5，M6。利用微波近場成像系統我們掃描出該七個諧振模式的電場分布圖，如圖2(c)所示。我們可以看到它們的模式是標準的法布里佩羅諧振腔模式。

通過調整該諧振腔的缺陷金屬柱的數目，我們不僅可以調節同一諧振模式的諧振頻率，還可以調節諧振腔模式的總數目。如圖3(a)所示，當我們把構成諧振腔的缺陷金屬柱數目減少到N＝3時，我們在周圍光子晶體禁帶之內只能觀測到3個諧振模式，如圖3(b)所示。其對應的電場分布圖如圖3(c)所示，頻率從低到高分別為M0，M1，M2。其中M0模式的諧振頻率從N＝7的12.65GHz升高為N＝3的12.94GHz。