[發明專利]基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法

在審

• 申請號: 201810061840.7
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108390136A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 崔文怡;杜曉宇;唐朝陽;尹應增
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01P1/203
• 分類號: H01P1/203
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于微波集成電路和器件技術領域，公開了一種基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法，利用本征模方法分析互補梯形槽結構的色散特性，模擬光學頻段自然存在的人工表面等離激元，通過構建奇模激勵的微帶過渡結構，設計出了在微波頻段具有強束縛效應且能夠支持奇模傳輸的人工表面等離激元波導，并進行了全波電磁仿真，驗證了其在微波頻段的人工表面等離激元的奇模高效傳輸效應。本發明的奇模人工表面等離激元波導具有傳輸效率高、厚度薄、質量輕和易加工等特點，在新型微波集成電路和器件領域有著廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于微波集成電路和器件技術領域，尤其涉及一種基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法。

背景技術

表面等離激元(surface plasmonpolaritons,SPPs)是一種表面電磁波，根據麥克斯韋方程組推導可知，其存在于介電常數相反的兩種介質交界面上。由于在可見光頻段，金屬具有負的介電常數，其內部的自由電子呈等離子態，所以在金屬表面存在著自然狀態下的表面等離激元。但是在更低的頻率下，如微波頻段，金屬表現為理想電導體而不是等離子體。為了在紅外頻率以下激發表面等離激元，等離子體超材料的概念應運而生。現有的一種超薄的等離子體波紋結構可以在微波及太赫茲波段支持類似于可見光頻段的表面等離激元傳輸，被稱為人工表面等離激元。但是基于這一理論的人工表面等離激元傳輸大多是基于偶模的，關于奇模人工表面等離激元激勵及傳輸的研究少之又少。對于現有的技術方案，存在傳輸損耗大的缺陷，而目前只能通過增加其他結構或者改變波導類型的方法才能激勵出奇模。此項發明能夠減小傳輸損耗，束縛性更強，在系統中能夠有效減小串擾，在共形等應用方面有巨大的應用前景。

綜上所述，現有技術存在的問題是：目前人工表面等離激元傳輸大多是基于偶模的，關于奇模人工表面等離激元激勵及傳輸的研究少之又少。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法。

本發明是這樣實現的，一種基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法，所述基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法利用本征模方法分析互補梯形槽結構的色散特性，模擬光學頻段自然存在的人工表面等離激元；構建奇模激勵的微帶過渡結構，得到在微波頻段具有強束縛效應且能夠支持奇模傳輸的人工表面等離激元波導。

進一步，所述基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法采用互補的梯形槽結構。

進一步，所述基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法采用微帶-槽線耦合形式組成的饋電結構。

本發明的另一目的在于提供一種所述基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法的人工表面等離激元波導結構，所述人工表面等離激元波導結構設置有：

互補梯形槽單元；

所述互補梯形槽單元結構由鏡像對稱的兩個梯形槽組成。

進一步，所述梯形槽深為d＝5mm，互補結構的間距為g＝1.5mm；梯形槽的上下底邊分別為a1＝0.6mm,a2＝3mm；單元結構的周期為p＝5mm。

本發明的另一目的在于提供一種采用所述基于互補梯形槽實現奇模人工表面等離激元導波的方法的等離子體超材料。

本發明提供的互補結構的人工表面等離激元傳輸線，單元結構由在金屬槽線上刻蝕兩個互補的梯形槽組成，根據本征模仿真分析色散特性可知，其色散曲線隨著頻率升高逐漸偏離光線并且趨近于特定的截止頻率。表明本發明所提出的結構可以實現人工表面等離激元模式。相比于傳統的矩形槽結構，梯形槽結構可以實現較強的場束縛效應。

本發明利用微帶與槽線耦合的激勵方式，在槽線上激勵其奇模模式，通過漸變的梯形凹槽及逐漸變寬的槽線線寬實現槽線與人工表面等離激元結構的阻抗匹配與波矢匹配。