基于圆柱线波导激励的宽带慢波系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于圆柱线波导激励的宽带慢波系统，整个结构包括圆柱线波导和一个到多个刻有渐变凹槽的金属光栅结构。其中满足特定工作频段的深度渐变金属光栅结构是通过控制金属光栅的表面凹槽深度、宽度、周期性、相邻凹槽间的梯度和金属平板的厚度来改变金属表面的色散曲线实现的。在微波段和太赫兹波段，渐变金属光栅结构加工比较简单。本发明专利技术通过圆柱线波导来激发渐变金属光栅平板上的表面波，实现方法简单有效，便于加工，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于圆柱线波导激励的宽带慢波系统，尤其涉及一种基于圆柱线波导的由刻有渐变凹槽的金属光栅构成的宽带慢波系统，以实现微波段或太赫兹波段分光器等功能，可用于通信、光存储、传感器等领域。
技术介绍
慢光系统在诸如非线性增强、光开关、全光缓冲器和可变光延迟等方面有很多潜在应用，人工表面等离子激元(表面波)将电磁波局限在亚波长尺寸因而克服衍射极限的限制。由人工等离子激元渐变金属光栅结构所构成的慢波系统的优势在于超宽带和可变的工作温度。本专利技术提出了一种通过圆柱线波导激励的由表面刻有渐变凹槽的金属光栅结构构成的宽带慢光系统。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种基于圆柱线波导激励的宽带慢波系统，该宽带慢波系统可工作于微波段和太赫兹波段。通过控制金属光栅结构表面凹槽的深度、宽度、 周期性、相邻凹槽间的梯度和金属平板的厚度来改变金属表面的色散特性，设计满足工作频段的渐变金属光栅结构。用支持表面波传播的圆柱线波导来激励渐变金属光栅结构上的表面波。技术方案一种基于圆柱线波导激励的宽带慢波系统，包括圆柱线波导，以及1个、2个或多个刻有渐变凹槽的金属光栅平板；各个金属光栅平板的一端靠近圆柱线波导，环绕在圆柱线波导周围；所述金属光栅平板上的光栅凹槽深度、宽度或者周期渐变，满足工作频段的渐变，支持表面波传播的圆柱线波导来激励渐变金属光栅结构上的表面波。本系统在微波段的实现，是用外伸的同轴线内导体作为圆柱线波导来激发刻有渐变凹槽的金属光栅上的表面波。本系统在太赫兹(THz)波段的实现，是直接用金属圆柱线作为圆柱线波导来激发刻有渐变凹槽的金属光栅上的表面波。金属平板的材质对分波功能影响很小，一般选择价格便宜的金属如铝材、不锈钢寸。本系统的原理是，当金属光栅凹槽深度、宽度或者周期渐变时，不同频率电磁波的群速降低得快慢不同，因而不同频率电磁波会截止在不同的位置，从而实现了宽带慢波系统。本专利技术中支持表面波传播的渐变金属光栅结构根据工作频段不同，可采用不同加工工艺加以实现，例如线切割、精雕或者光刻。微波段的圆柱线波导可以通过将同轴线的内导体外伸来实现，而内导体延伸的长度、内导体的外径和金属光栅的厚度等都会影响圆柱线波导上的场到金属光栅上的场的耦合效率。考虑到损耗和色散，太赫兹波段的圆柱线波导可直接用圆柱形金属导线来实现。有益效果本专利技术具有以下优点1、本专利技术首次实现了基于圆柱线波导激励的、由渐变金属光栅结构而构成的宽带慢光系统。2、本专利技术中所采用的用圆柱线波导激励表面波的方法，实现途径简单有效，便于加工，适用范围广。3、本专利技术提出的圆柱线波导激励可同时激励多个渐变金属光栅结构，因而可实现多个慢光系统同时工作。附图说明图1为太赫兹波段实现实施例示意图，图2为微波段实现实施例示意图，图中，金属圆柱线11、同轴线内导体21、各个表面刻有凹槽的金属平板2。图3是本实施例的凹槽深度渐变金属光栅结构示意图，图中，凹槽深度h、凹槽宽度w和凹槽的周期性P。图4是图3所示金属光栅结构在不同凹槽的周期性ρ时的色散特性示意图。图5是图3所示金属光栅结构在不同凹槽深度h时的色散特性示意图。图6(a)为本专利技术的近场仿真结果图，图6(b)为本专利技术的近场实验测量结果图。具体实施例方式一种基于圆柱线波导激励的宽带慢波系统，包括圆柱线波导，以及1个、2个或多个刻有渐变凹槽的金属光栅平板；各个金属光栅平板的一端靠近圆柱线波导，环绕在圆柱线波导周围；所述金属光栅平板上的光栅凹槽深度、宽度或者周期渐变，满足工作频段的渐变，支持表面波传播的圆柱线波导来激励渐变金属光栅结构上的表面波。参考图1，本系统在太赫兹(THz)波段的实现，是直接用金属圆柱线作为圆柱线波导来激发刻有渐变凹槽的金属光栅上的表面波。参考图2，本系统在微波段的实现，是用外伸的同轴线内导体作为圆柱线波导来激发刻有渐变凹槽的金属光栅上的表面波。图4是图3所示金属光栅结构在不同凹槽的周期性ρ时的色散特性示意图。图5是图3所示金属光栅结构在不同凹槽深度h时的色散特性示意图。参考图1，本系统在太赫兹(THz)波段的实现，是直接用金属圆柱线作为圆柱线波导来激发刻有渐变凹槽的金属光栅上的表面波。本专利技术中，首先通过电磁仿真工具来分析渐变金属光栅结构的色散特性，通过控制渐变金属光栅结构表面凹槽的深度、宽度、周期性、相邻凹槽间的梯度和金属平板的厚度，使之工作在要求的频段范围内。微波段和太赫兹波段的金属光栅结构加工都比较简单。在微波段，选择合适型号的同轴线，将适当长度的内导体裸露出来激发金属光栅结构上的表面波。在太赫兹波段，可以直接用圆柱导线。图2给出了本实施例的微波段的样品图，该样品圆柱线波导同时激发2个慢波结4构，同理，可以实现1个或者更多的分支，且各分支间的夹角随意，并不需要正交。同样，对于太赫兹(THz)波段的实施例，也可以实现1个或者更多的分支。另外，图3给出的是凹槽深度渐变金属光栅结构示意图。图6(a)和图(6) (b)给出了微波段的电场仿真分布图和电场实验测量分布图。从近场分布图可见，仿真结果和实测结果基本相同，不同频率的电磁波按照设计要求截止于慢波结构的不同位置。并且由于左右慢波结构的凹槽深度梯度不同，不同频率的电磁波在其上的截止位置不同。不同频率的电磁波可截止于不同位置，因而具有分光器的功能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于圆柱线波导激励的宽带慢波系统，其特征在于包括圆柱线波导，以及１个、２个或多个刻有渐变凹槽的金属光栅平板；各个金属光栅平板的一端靠近圆柱线波导，环绕在圆柱线波导周围；所述金属光栅平板上的光栅凹槽深度、宽度或者周期渐变，满足工作频段的渐变，支持表面波传播的圆柱线波导来激励渐变金属光栅结构上的表面波。

【技术特征摘要】
1.一种基于圆柱线波导激励的宽带慢波系统，其特征在于包括圆柱线波导，以及1个、 2个或多个刻有渐变凹槽的金属光栅平板；各个金属光栅平板的一端靠近圆柱线波导，环绕在圆柱线波导周围；所述金属光栅平板上的光栅凹槽深度、宽度或者周期渐变，满足工作频段的渐变，支持表面波传播的圆柱线波导来激励渐变金属光栅结构上的表面波。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔铁军，周永金，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84