基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的平面雙波段表面等離激元波導(dǎo)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的平面雙波段表面等離激元波導(dǎo)，包括印制在柔性介質(zhì)上的、相切連接的復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)的相同一側(cè)交錯設(shè)置有一排深凹槽A和淺凹槽B；所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)其中一個作為波導(dǎo)的輸入端、另一個作為波導(dǎo)的輸出端，所述輸入端的前側(cè)設(shè)置有金屬導(dǎo)線，所述金屬導(dǎo)線作為饋源用于激勵輸入端上的雙波段表面波。本發(fā)明專利技術(shù)提供的波導(dǎo)，首次在微波段實現(xiàn)基于基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的超薄柔性薄膜的等離子直波導(dǎo)和彎波導(dǎo)，構(gòu)簡單、制作方便，能夠適應(yīng)微波段使用。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種印制在柔性超薄介質(zhì)薄膜上的、厚度接近于零的、基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的平面雙波段表面等離激元波導(dǎo)，屬于通信、集成電路和表面波

技術(shù)介紹
人工表面等離子激元不受衍射極限的限制，因而可用于構(gòu)造小型化器件，在表面技術(shù)以及集成電路等方面有重要應(yīng)用?，F(xiàn)有的人工表面等離激元波導(dǎo)，是采用有限厚的單周期結(jié)構(gòu)，不利于集成和小型化。我們利用一種簡單的方法，通過在超薄金屬表面上設(shè)計凹槽深度交替出現(xiàn)的復(fù)合周期光柵結(jié)構(gòu)來傳輸雙波段表面等離激元。同時，通過調(diào)整深凹槽和淺凹槽的深度，改變雙波段的傳輸頻率。該類器件加工方便，易于集成，彎曲損耗小，且在兩個波段內(nèi)都具有較高傳輸效率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)提供一種印制在柔性超薄介質(zhì)薄膜上的、厚度接近于零的、基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的平面雙波段表面等離激元波導(dǎo)。技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為:基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的平面雙波段表面等離激元波導(dǎo)，包括印制在柔性介質(zhì)上的、相切連接的復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)的相同一側(cè)交錯設(shè)置有一排深凹槽A和淺凹槽B ;所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)其中一個作為波導(dǎo)的輸入端、另一個作為波導(dǎo)的輸出端，所述輸入端的前側(cè)設(shè)置有金屬導(dǎo)線，所述金屬導(dǎo)線作為饋源用于激勵輸入端上的雙波段表面波；所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)雙波段表面波的直線傳播，所述復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)雙波段表面波的曲線傳播。上述結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)中，所有深凹槽A的寬度和深度相同，所有淺凹槽B的寬度和深度相同；以深凹槽A和淺凹槽B的深度、寬度、間距(即周期)、以及復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)的半徑和弧度等作為基本參數(shù)，可以改變雙波段的色散曲線，設(shè)計滿足工作頻率的雙波段金屬光柵結(jié)構(gòu)，利用周期性深凹槽A和周期性淺凹槽B分別對不同波段的表面場耦合，實現(xiàn)雙波段傳輸功能。優(yōu)選的，所述光柵結(jié)構(gòu)中，所有深凹槽A的周期相同，所有淺凹槽B的周期相同；當然還可以同時設(shè)計深凹槽A和淺凹槽B的周期相等。優(yōu)選的，所述金屬導(dǎo)線為外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體。上述結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)，可以工作在微波頻段，通過合理調(diào)節(jié)深凹槽A和淺凹槽B的深度、寬度、間距(即周期)、以及復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)的半徑和弧度等基本參數(shù)可以改變雙波段表面波的色散曲線，設(shè)計滿足工作頻率需求的雙波段表面波；通過復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙波段表面波的直線傳播，通過復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙波段表面波的曲線傳播；利用外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體作為金屬線來激勵輸入端上的雙波段表面波。有益效果:本專利技術(shù)提供的基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的平面雙波段表面等離激元波導(dǎo)，具有如下優(yōu)點:1)首次在微波段實現(xiàn)基于基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的超薄柔性薄膜的等離子直波導(dǎo)和彎波導(dǎo)；2)可以將兩個波段的表面波同時束縛在金屬帶周圍的深度亞波長尺寸中，實現(xiàn)雙波段高效傳輸；3)傳輸?shù)碾p波段都對應(yīng)單周期光柵結(jié)構(gòu)中的主模,光柵結(jié)構(gòu)對兩個波段的場都具有較強的束縛能力；4)彎曲損耗小，結(jié)構(gòu)簡單，能實現(xiàn)各種彎曲損耗小的雙波段彎曲波導(dǎo)，且便于集成；5)通過對基本參數(shù)的改變，能夠適應(yīng)與微波、毫米波和太赫茲波段。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的色散曲線；圖3為復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的兩個頻段的模式場分布，其中圖3(a)為低頻段模式場，圖3(b)為高頻段模式場；圖4為復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的近場仿真和實驗測試圖，其中圖4(a)為5.2GHz的仿真圖，圖4(b)為IlGHz的仿真圖，圖4(c)為5.2GHz的實驗測試圖，圖4(d)為IlGHz的實驗測試圖；圖5為復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)的近場仿真圖，其中圖5(a)為5.2GHz的仿真圖，圖5(b)為10.2GHz的仿真圖；圖6為復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)的不同弧度時兩個波段的彎曲損耗圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作更進一步的說明。如圖1所示為一種基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的平面雙波段表面等離激元波導(dǎo)，包括印制在柔性介質(zhì)上的、相切連接的復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2，所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2的相同一側(cè)交錯設(shè)置有一排深凹槽A和淺凹槽B ;所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2其中一個作為波導(dǎo)的輸入端、另一個作為波導(dǎo)的輸出端，所述輸入端的前側(cè)設(shè)置有金屬導(dǎo)線3，所述金屬導(dǎo)線3作為饋源用于激勵輸入端上的雙波段表面波；所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I用于實現(xiàn)雙波段表面波的直線傳播，所述復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2用于實現(xiàn)雙波段表面波的曲線傳播；所述金屬導(dǎo)線3為外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體。本案中，所有深凹槽A和淺凹槽B除了深度不同外，寬度與周期均相同，所述復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)的弧度為90° ;通過對深凹槽A和淺凹槽B的參數(shù)調(diào)整，可以控制金屬表面的色散曲線分布，從而實現(xiàn)不同工作頻率上的高效傳輸。記金屬光柵結(jié)構(gòu)的寬度均為h，深凹槽A的深度為Cl1，淺凹槽B的深度為d2，深凹槽A和淺凹槽B的寬度均為W，相鄰深凹槽A和相鄰淺凹槽B的間距(即周期)均為p。如圖2所示為復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I在不同深凹槽A和淺凹槽B深度時的色散特性示意圖本案中，通過電磁仿真軟件來分析復(fù)合周期金屬薄膜光柵結(jié)構(gòu)的色散曲線，通過控制光柵結(jié)構(gòu)中深凹槽A和淺凹槽B的深度、凹槽的周期、凹槽的寬度使兩個波段都工作在要求的頻段范圍內(nèi)。如圖3所示為復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I中不同波段的模式場分布，從圖中可以看出，兩個波段的模式場分布都與單周期光柵主模場分布一致。如圖4所示為復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I中，兩個波段中心頻率(分別為5.2GHz和IlGHz)仿真是實驗測試的到的近場分布，從圖中可以看出，兩個波段的電磁波都能沿著金屬薄膜光柵表面?zhèn)鬏?。如圖5所示為復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2中，兩個波段典型頻率(分別為5.2GHz和10.2GHz )仿真得到的近場分布。如圖6所示為復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2在不同弧度情況下，兩個波段的90°彎曲損耗，如圖所示，低頻段的彎曲損耗比高頻段的彎曲損耗低，但是高頻段的彎曲損耗仍在可接受的范圍內(nèi)，圖中彎曲角度不一定為90°，彎曲角度可以任意變化，只是彎曲角度不同，其損耗有所變化。本案中的光柵結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)工作頻段的不同，采用不同加工工藝進行加工，比如線切割或光刻。以上所述僅是本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出:對于本
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本專利技術(shù)的保護范圍。權(quán)利要求1.基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的平面雙波段表面等離激元波導(dǎo)，其特征在于:包括印制在柔性介質(zhì)上的、相切連接的復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(I)和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)(2),所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(I)和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)(2)的相同一側(cè)交錯設(shè)置有一排深凹槽A和淺凹槽B ;所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(I)和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)(2)其中一個作為波導(dǎo)的輸入端、另一個作為波導(dǎo)的輸出端，所述輸入端的前側(cè)設(shè)置有金屬導(dǎo)線(3)，所述金屬導(dǎo)線(3)作為饋源用于激勵輸入端上的雙波段表面波；所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(I)用于實現(xiàn)雙波段表面波的直線本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的平面雙波段表面等離激元波導(dǎo)，其特征在于：包括印制在柔性介質(zhì)上的、相切連接的復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)（1）和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)（2），所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)（1）和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)（2）的相同一側(cè)交錯設(shè)置有一排深凹槽A和淺凹槽B；所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)（1）和復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)（2）其中一個作為波導(dǎo)的輸入端、另一個作為波導(dǎo)的輸出端，所述輸入端的前側(cè)設(shè)置有金屬導(dǎo)線（3），所述金屬導(dǎo)線（3）作為饋源用于激勵輸入端上的雙波段表面波；所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)（1）用于實現(xiàn)雙波段表面波的直線傳播，所述復(fù)合周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)（2）用于實現(xiàn)雙波段表面波的曲線傳播。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：崔鐵軍，高喜，馬慧鋒，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：