人工表面等离子体耦合谐振腔波导制造技术

本实用新型专利技术公开了一种人工表面等离子体耦合谐振腔波导。由人工表面等离子体振腔排列组成，所述的人工表面等离子体振腔为印刷在介质底板上的铜片栅格或支持磁偶极子模式的金属螺旋结构。该波导是通过表面等离子体谐振腔之间的弱耦合来实现表面电磁波的传输的。由于该表面等离子体谐振腔支持具有四重旋转对称性的四阶谐振模式和八阶谐振模式，所以表面电磁波在通过由该谐振腔组成的无弯曲半径的弯曲波导时不会发生反射和散射，从而实现表面电磁波的完美传输，为未来高度集成的等离子体电路提供了一种新的集成平台。

【技术实现步骤摘要】
人工表面等离子体耦合谐振腔波导
本技术属于人工表面等离子体器件领域，具体涉及一种人工表面等离子体耦合谐振腔波导。
技术介绍
表面等离子体(光波段存在于金属介质交界面的一种表面电磁波)被广泛认为是一种非常有希望作为未来亚波长太赫兹和光学全光集成电路的信息载体。但是在低频波段，例如微波、太赫兹以及远红外波段，金属的介电常数接近完美金属，所以电磁波在金属表面的约束很差，不能作为一种有效的信息载体来传导信号。2004年帝国理工大学的pendry教授提出了人工表面等离子体的概念，即在金属表面引入孔洞来增加电磁波的趋肤深度，从而增加电磁波在金属表面的约束。传统的人工表面等离子体波导，例如多米诺人工表面等离子体波导(dominosurfaceplasmonwaveguide)和共面人工表面等离子体波导(conformalsurfaceplasmonwavegudie)，都可以把电磁波约束在金属表面亚波长的范围内传输。然而对于传统的人工表面等离子体波导，由于表面电磁波在通过无弯曲半径的弯曲波导时通常会产生严重的散射，不仅会降低信号的传输效率，而且会在不同集成器件中产生严重的信号串扰，极大地限制了亚波长太赫兹和光学集成全光电路的发展。
技术实现思路
本技术中首次提出了一种人工表面等离子体耦合谐振腔波导的概念并成功实现了表面电磁波在通过无弯曲半径的波导时无反射、无散射的完美传输。我们的解决方案是利用一种支持多极谐振腔模式的表面等离子体谐振腔之间的弱耦合来传导表面电磁波。由于多极模式的旋转对称性，比如四阶和八阶模式的四重旋转对称性，表面电磁波在通过由该谐振腔构成的无弯曲半径的弯曲波导时不会产生反射和散射，从而实现信号在较宽的带宽内的完美传输。本技术的人工表面等离子体耦合谐振腔波导由人工表面等离子体振腔排列组成，所述的人工表面等离子体振腔为印刷在介质底板上的铜片栅格或支持磁偶极子模式的金属螺旋结构。优选的，所述的印刷在介质底板上的铜片栅格包括圆形铜片和环绕布置在铜片周围的栅格；该表面等离子体谐振腔各几何尺寸之间的关系为：2πR＝N*d,其中R为谐振腔半径，N为栅格数目，d为栅格之间的周期。栅格与栅格之间的最大缝隙宽度a＝d/2。优选的，所述的栅格之间的周期d＝1.256mm，栅格之间的缝隙宽度a＝0.628mm，栅格的长度r＝9mm，整个铜盘的半径为R＝12mm，铜片厚度为0.018mm，介质底板的厚度为0.254mm。优选的，所述的支持磁偶极子模式的金属螺旋结构包含一个螺旋中心和多根金属螺旋臂；所述的多根金属螺旋臂旋向和结构相同，并均匀连接在螺旋中心上。更进一步的，所述的多根金属螺旋臂遵循阿基米德螺旋线规律，其极坐标方程为:r＝aθ；相邻臂间的距离相等，为2πa，其中a为常数。优选的，所述的相邻人工表面等离子体谐振腔边缘之间的间距为1‐10mm。基于上述的人工表面等离子体耦合谐振腔波导结构，本技术公开了一种直波导，其特征在于所述的人工表面等离子体振腔排列在一条直线上。一种弯曲波导，其特征在于所述的人工表面等离子体振腔排列在一条曲线上。一种无弯曲半径的直角波导，其特征在于所述的人工表面等离子体振腔排列在一条无弯曲半径的直角折线上。一种复合波导，其特征在于由任意数量的直波导、弯曲波导或无弯曲半径的直角波导按任意次序排列而成。本技术提出了一种不同于传统人工表面等离子体波导的波导结构及多种实现方式，该波导是通过表面等离子体谐振腔之间的弱耦合来实现表面电磁波的传输的。由于该表面等离子体谐振腔支持具有四重旋转对称性的四阶谐振模式和八阶谐振模式，所以表面电磁波在通过由该谐振腔组成的无弯曲半径的弯曲波导时不会发生反射和散射，从而实现表面电磁波的完美传输，为未来高度集成的等离子体电路提供了一种新的集成平台。附图说明图1单个铜片栅格表面等离子体谐振腔示意图。图2(a)人工表面等离子体耦合谐振腔直波导。图2(b)正向激发和侧向激发时该人工表面等离子体耦合谐振腔直波导所支持的四阶模式，六阶模式，八阶模式的色散曲线。图2(c)该人工表面等离子体耦合谐振腔波导所支持的四阶模式，六阶模式，八阶模式的近场传输谱曲线。图2(d)-(g)为该耦合谐振腔直波导所支持的四阶模式，六阶模式，八阶模式的电场分布图。其中六阶模式有两种不同的激发方式，分别是正向激发和侧向激发。图3(a)无弯曲半径的90度人工表面等离子体耦合谐振腔弯曲波导。图3(b)正向激发和侧向激发时该人工表面等离子体耦合谐振腔弯曲波导所支持的四阶模式，六阶模式，八阶模式的传输谱曲线。图3(c-f)该耦合谐振腔弯曲波导所支持的四阶模式，六阶模式，八阶模式的电场分布图。其中六阶模式有两种不同的激发方式，分别是正向激发和侧向激发。图4为单个金属螺旋结构表面等离子体谐振腔示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本技术作进一步的说明。但本技术的实施例不应理解为是对本技术保护内容的限制。如图1所示，为本实施例的人工表面等离子体谐振腔的结构，该谐振腔支持多极谐振模式，如四极模式，六极模式，八极模式等。所述的印刷在介质底板上的铜片栅格包括圆形铜片和环绕布置在铜片周围的栅格；该表面等离子体谐振腔各几何尺寸之间的关系为：2πR＝N*d,其中R为谐振腔半径，N为栅格数目，d为栅格之间的周期。栅格与栅格之间的最大缝隙宽度a＝d/2。该表面等离子体谐振腔的几何尺寸可以调整，其所对应的谐振频率也会随几何尺寸的改变而改变。该人工表面等离子体谐振腔由印刷在介质底板上的铜片栅格构成，铜片栅格之间的周期d＝1.256mm,栅格之间的缝隙宽度a＝0.628mm，栅格的长度r＝9mm，整个铜盘的半径为R＝12mm。铜片厚度为0.018mm，介质底板的厚度为0.254mm。当把该表面等离子体谐振腔排列成一排，如图1所示，相邻表面等离子体谐振腔通过倏逝波相互弱耦合，人工表面等离子体会从一个谐振腔跳到与之相邻的谐振腔，而且每个谐振腔所支持的多极谐振模式保持不变，从而实现表面电磁波的传输。在实验中采用网络矢量分析仪作为电磁波的发射源与接收器，从而可以研究电磁波在该耦合谐振腔波导上的传输。本技术所提出的人工表面耦合谐振腔波导的实验样品如图2(a)所示，七个谐振腔排成一排，相邻谐振腔边缘之间的间距为6mm，谐振腔中心之间的间距为30mm，首先计算出该耦合谐振腔所支持的四极模式，六极模式，八极模式的色散曲线，如图2(b)所示，对于四极和八极模式，由于它们具有四重旋转对称性，所以当把激发位置从正向激发改为侧向激发的时候，他们的色散曲线不会改变。但是对于不具备四重旋转对称性的六极模式，当改变激发位置时它的色散曲线会翻转，但是传输频谱不会改变。用连接在网络矢量分析仪上的两个单极子天线作为激发源和探针，分别测试正向激发和侧向激发时该耦合谐振腔波导的传输谱，如图2(c)所示，对于两种不同的激发方式，都可以观测到三个孤立的传输带，分别对应四极模式，六极模式，八极模式，而且该传输频谱的传输带和色散曲线是一一对应的。为了进一步了解表面电磁波在该耦合谐振腔波导上的传输，利用微波近场成像仪对该耦合谐振腔波导所支持的三个传输带内的电场进行成像，如图2(d-g)所示。其中图2(d-e)分别是正向激发时具有四重旋转对称性的四阶模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工表面等离子体耦合谐振腔波导，其特征在于由人工表面等离子体谐振腔排列组成，所述的人工表面等离子体谐振腔为印刷在介质底板上的铜片栅格或支持磁偶极子模式的金属螺旋结构。

【技术特征摘要】
1.一种人工表面等离子体耦合谐振腔波导，其特征在于由人工表面等离子体谐振腔排列组成，所述的人工表面等离子体谐振腔为印刷在介质底板上的铜片栅格或支持磁偶极子模式的金属螺旋结构。2.根据权利要求1所述的人工表面等离子体耦合谐振腔波导，其特征在于所述的印刷在介质底板上的铜片栅格包括圆形铜片和环绕布置在铜片周围的栅格；该表面等离子体谐振腔各几何尺寸之间的关系为：,其中R为谐振腔半径，N为栅格数目，d为栅格之间的周期，栅格与栅格之间的最大缝隙宽度。3.根据权利要求1所述的人工表面等离子体耦合谐振腔波导，其特征在于所述的支持磁偶极子模式的金属螺旋结构包含一个螺旋中心和多根金属螺旋臂；所述的多根金属螺旋臂旋向和结构相同，并均匀连接在螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：高振，许弘毅，
申请(专利权)人：深圳凌波近场科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44