一种太赫兹赝表面等离激元的宽带高效耦合器件、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种太赫兹赝表面等离激元的宽带高效耦合器件、制备方法及其应用，属于太赫兹片上无源器件技术领域，从左至右依次由标准矩形波导Ⅰ、转换器Ⅱ、赝表面等离激元波导Ⅲ、转换器Ⅱ及标准矩形波导Ⅰ连接组成；本发明专利技术以参数化的三维金属曲面实现模式转换前后的波矢匹配、极化匹配和阻抗匹配，通过结构参数设计和优化，实现标准矩形波导TE模式到赝表面等离激元模式的宽带高效转换；本发明专利技术利用结构的几何特征对器件整体进行加工兼容性拆分，通过高精度3D打印工艺对拆分后的器件结构分别打印，并结合磁控溅射方法实现器件表面的金属化，最后利用预留的孔位完成器件整体的组装。该器件具有高束缚、低损耗、可调控等优点。可调控等优点。可调控等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹赝表面等离激元的宽带高效耦合器件、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于太赫兹片上无源器件
，具体涉及一种太赫兹赝表面等离激元的宽带高效耦合器件、制备方法及其应用。
技术背景
[0002]太赫兹波是频率在0.1
‑
10太赫兹(THz)的电磁波，波长范围是0.03
‑
3毫米(mm)。近年来，太赫兹技术因其在无线通信、医学成像、太空遥感、材料表征和安全检查等领域巨大的应用潜力而取得了显著进展。太赫兹赝表面等离激元是利用亚波长人工电磁微结构模拟金属在等离子体频率附近的色散曲线，从而在太赫兹频段实现了类似表面等离激元的电磁模式。这种电磁模式能够将电磁信号有效地束缚在金属和空气交界面并沿着交界面传播，因此成为太赫兹片上信号操控和处理的手段之一，在片上集成光子系统以及第六代通信技术等领域有潜在的应用价值。
[0003]目前，用于太赫兹赝表面等离激元耦合激发的方法主要有棱镜耦合和光栅耦合等方法，这两种方法都是利用特定极化和方向的太赫兹波辐射来产生面内波矢，通常用在基于光子源和自由空间光学的太赫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹赝表面等离激元的宽带高效耦合器件，其特征在于，所述耦合器件为组装式金属化结构，以矩形波导中波的传播方向为x轴，以矩形波导端口的长边方向为y轴，以矩形波导端口的短边方向为z轴，所述宽带高效耦合器件沿x轴从左至右依次由标准矩形波导Ⅰ(20)、转换器Ⅱ(30)、赝表面等离激元波导Ⅲ(40)、转换器Ⅱ(30)及标准矩形波导Ⅰ(20)连接组成；由标准矩形波导Ⅰ(20)发出的TE(10)模式电磁波，经转换器Ⅱ(30)耦合成赝表面等离激元波导Ⅲ(40)支持的赝表面等离激元模式的电磁波，再通过转换器Ⅱ(30)耦合成标准矩形波导Ⅰ(20)支持的TE(10)模式电磁波。2.如权利要求1所述的一种太赫兹赝表面等离激元的宽带高效耦合器件，其特征在于，所述标准矩形波导Ⅰ(20)由矩形波导上部(1)与矩形波导基底(6)组成，所述矩形波导上部(1)插接在矩形波导基底(6)上；其中，两个标准矩形波导Ⅰ的结构和尺寸相同且对称分布，分别位于宽带高效耦合器件的左右两端；所述赝表面等离激元波导Ⅲ(40)由基底(12)与金属方柱阵列(13)组成，所述基底(12)上布置有金属方柱阵列(13)。3.如权利要求2所述的一种太赫兹赝表面等离激元的宽带高效耦合器件，其特征在于，所述转换器Ⅱ(30)由扩口上部(2)、楔形转换基底(8)及高度递增的金属方柱阵列(10)组成，所述扩口上部(2)插接在楔形转换基底(8)上，楔形转换基底(8)上布置有高度递增的金属方柱阵列(10)，高度递增的金属方柱阵列(10)位于扩口上部(2)与楔形转换基底(8)组成的空腔结构内；扩口上部(2)的一端部与标准矩形波导Ⅰ(20)连接，另一端部与赝表面等离激元波导Ⅲ(40)连接；其中，扩口上部(2)用于实现模式转换前后的阻抗匹配，高度递增的金属方柱阵列(10)用于实现模式转换前后的波矢匹配和极化匹配。4.如权利要求3所述的一种太赫兹赝表面等离激元的宽带高效耦合器件，其特征在于，所述矩形波导上部(1)为向下开口的矩形凹槽结构，所述扩口上部(2)为向下开口的曲边梯形凹槽结构，凹槽结构的两个侧壁下表面均设置有矩形突起结构，所述矩形波导基底(6)、楔形转换基底(8)及基底(12)上均设置有矩形孔位，所述矩形突起结构与矩形孔位配合实现插接固定，起到组装和固定器件的作用。5.如权利要求4所述的一种太赫兹赝表面等离激元的宽带高效耦合器件，其特征在于，所述标准矩形波导Ⅰ(20)为国际标准尺寸，若工作频率介于90
‑
140GHz，采用尺寸为2.032x1.016(mm)的WR
‑
8波导；若介于110
‑
170GHz，采用尺寸为1.651x0.8255(mm)的WR
‑
6/WR
‑
6.5/WR
‑
7波导；若介于140
‑
220GHz，采用尺寸为1.2954x0.6477(mm)的WR
‑
5波导；若介于172
‑
260GHz，采用尺寸为1.0922x0.5461(mm)的WR
‑
4波导；若介于220
‑
330GHz，采用尺寸为0.8636x0.4318(mm)的WR
‑
3波导。6.如权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐速，陈红，任航，孙洪波，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：