[發明專利]一種高品質因數的雜化等離激元諧振器

有效

• 申請號: 201910931989.0
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110707409B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 崔鐵軍;張璇如;閆瑞婷
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01P7/00
• 分類號: H01P7/00;H01P7/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常虹

本發明公開了一種高品質因數的雜化等離激元諧振器，所述諧振器為層狀結構，其中最上層為傳感區域層，最下層為大面積金屬地，大面積金屬地的上層為介質基片，傳感區域層的下層為諧振器本體和微帶線所在的傳輸層；諧振器本體為人工局域表面等離激元諧振結構和扇形諧振結構疊加形成；微帶線與諧振器本體間設有縫隙。該諧振器通過多個諧振模式之間的干涉，具有高品質因數和高諧振強度的優點。

技術領域

本發明屬于諧振器、傳輸線技術領域，具體涉及一種高品質因數和諧振強度的微波毫米波諧振器。

背景技術

品質因數(Q-factor)是衡量電磁諧振器的重要指標，其數值表示了諧振模式的壽命，即電磁場模式與周圍環境相互作用的時間。品質因數是由結構的損耗決定的，包括材料損耗、散射損耗、輻射損耗。材料損耗和散射損耗是由材料本身性質以及結構的粗糙度決定，而輻射損耗與諧振器的電尺寸密切相關。通常情況下，大的電尺寸意味著電磁波諧振經歷的彎曲度更小，從而Q值更高。

對于微波諧振器，由于微波波長較長，考慮到尺寸問題，諧振器通常在亞波長量級，如微帶環(microstrip ring resonator)、開口環(split ring resonator)等，因此輻射損耗較大，品質因數值較低。雖然通過一些特殊的設計，如暗模、Fano諧振等可以實現較高品質因數的諧振器，但亞波長高品質因數的諧振器，其激勵較為困難，其諧振峰或谷都較淺，激勵效率不高。通常需要大規模諧振器陣列或將諧振器放入波導中，才可以實現較高的諧振強度。

人工局域表面等離激元，為一種基于人工亞波長結構的諧振器，通常為周期鋸齒狀結構的圓柱或圓盤。人工局域表面等離激元具有和光頻的局域表面等離激元相似的特性，如高度的場增強、深度亞波長的場局域性等；因此在制造高靈敏度器件、減小電路和器件尺寸、增強傳感靈敏度方面等方面具有很大的應用潛力。但和其他微波諧振器一樣，人工局域表面等離激元也具有品質因數和諧振強度難以兼得的問題。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種雜化等離激元諧振器，該諧振器通過多個諧振模式之間的干涉，具有高品質因數和高諧振強度的優點。

技術方案：本發明采用如下技術方案：

一種高品質因數的雜化等離激元諧振器，所述諧振器為層狀結構，其中最上層為傳感區域層1，最下層為大面積金屬地2，大面積金屬地的上層為介質基片3，傳感區域層的下層為諧振器本體4和微帶線5所在的傳輸層6；

所述諧振器本體4為人工局域表面等離激元諧振結構7和扇形諧振結構8疊加形成；所述微帶線5與諧振器本體4間設有縫隙，所述縫隙為傳感區域的一部分。

傳感區域(1)為只覆蓋諧振器本體(4)，或覆蓋全部諧振器本體(4)和部分和微帶線(5)，或覆蓋全部諧振器本體(4)和全部微帶線(5)。

所述傳感區域(1)為由外壁罩起來的封閉區域或開放空間，所述傳感區域材料的折射率在(1,3)范圍內。

優選地，所述傳感區域(1)材料的折射率在(1，1.8)范圍內。

所述人工局域表面等離激元諧振結構7為外周設有周期性鋸齒的圓形，其圓形內徑為r，圓環形鋸齒結構9的半徑為R；一周共有N個鋸齒周期，每個周期中，金屬條帶為扇形，其弧長為a，單個周期寬度為d，其中d＝2πR/N，ad。

所述扇形諧振結構8為圓弧外側設有周期性鋸齒結構10的扇形，扇形內徑為R₁，扇環形鋸齒結構10的半徑為R₂。

扇環形鋸齒結構(10)的單個鋸齒周期寬度為d，鋸齒寬度為a。