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      一種實(shí)現(xiàn)空間波與太赫茲人工表面等離激元波轉(zhuǎn)換的裝置的制造方法

      文檔序號:8411380閱讀:396來源:國知局
      一種實(shí)現(xiàn)空間波與太赫茲人工表面等離激元波轉(zhuǎn)換的裝置的制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明是一種用于太赫茲頻段的空間波與人工表面等離激元的轉(zhuǎn)換裝置,屬于新 型人工電磁材料領(lǐng)域。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 表面等離激元(SPP)是一種特殊的表面電磁波模式,在光波段其通常存在于金 屬一介質(zhì)的分界面(或金屬一空氣界面)。這種電磁波產(chǎn)生的基本原理是:在光波段,金 屬與介質(zhì)的介電常數(shù)相異號,入射到金屬一介質(zhì)界面的電磁波無法穿透金屬,而只能局域 在界面上并沿著界面?zhèn)鞑ァkS著新型人工電磁材料(Metamaterials)的廣泛研宄,人工設(shè) 計的金屬周期結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)甚低頻率下(如微波)的等離子體共振和負(fù)介電常數(shù)的特性, 基于這種特殊的結(jié)構(gòu)可以獲得工作在較低頻段的的人工表面等離激元(SSPP)。SSPP除了 具有與光頻SPP相同的特點(diǎn),諸如顯著的場局域和場增強(qiáng)特性,更重要的是其電磁特性可 以直接通過結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)來調(diào)控。在微波頻段和太赫茲頻段,基于SSPP的波導(dǎo)、功分器 和耦合器等一系列新型電磁器件相比于傳統(tǒng)的微波器件具有尺寸小、低損耗和低串?dāng)_等優(yōu) 勢,因此在電路和信號傳輸?shù)确矫婢哂兄匾膽?yīng)用前景。
      [0003] SSPP波是一種束縛表面波模式,其波動量大于自由光子的動量。因此很難直接用 空間電磁波直接激勵起SSPP波。尤其在設(shè)計SSPP功能器件時,空間波或?qū)РㄅcSPP波的高 效轉(zhuǎn)換是一個非常關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)。在微波頻段,可以利用一種基于共面波導(dǎo)的過渡結(jié)構(gòu) 進(jìn)行饋電,從而進(jìn)一步激勵產(chǎn)生SPP波,由此實(shí)現(xiàn)由導(dǎo)波與SPP波的高效轉(zhuǎn)換。而在太赫茲 頻段,由導(dǎo)波向共面波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)變的方式不易實(shí)現(xiàn),容易造成結(jié)構(gòu)的累贅。尤其是在太赫茲 時域光譜系統(tǒng)中,太赫茲輻射源是空間平面波,因?yàn)椴▌恿渴?,空間波很難耦合入SPP波 導(dǎo)之中。因此空間波直接轉(zhuǎn)換為SPP波的效率非常低,這在很大程度上限制了太赫茲SSPP 器件的開發(fā)和應(yīng)用。太赫茲技術(shù)是電磁場和電磁波領(lǐng)域的一個熱門方向,如果能夠設(shè)計一 種新型太赫茲器件,可以實(shí)現(xiàn)空間波與SPP波的有效轉(zhuǎn)換,這可以開創(chuàng)太赫茲SSPP功能器 件這個新的領(lǐng)域,并將在很大程度上促進(jìn)太赫茲技術(shù)的發(fā)展。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004] 發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)太赫茲空間波 與人工表面等離激元轉(zhuǎn)換的裝置。這種裝置由人工設(shè)計的金屬結(jié)構(gòu)和介質(zhì)襯底構(gòu)成,可以 在較寬的頻率和較大的角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)太赫茲空間波與SSPP波的有效轉(zhuǎn)換,且具有尺寸 小、重量輕、可彎折等優(yōu)點(diǎn)。
      [0005] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種實(shí)現(xiàn)空間波與太赫 茲人工表面等離激元波轉(zhuǎn)換的裝置,包括介質(zhì)襯底和固定連接在介質(zhì)上且形成鏡像關(guān)系的 兩個金屬片;所述金屬片上設(shè)有周期排列的凹槽,所述凹槽的深度從金屬片兩端至中間逐 漸增加,增至特定值后保持不變,同時凹槽的寬度均相等;所述金屬片的一端設(shè)置有縫隙, 所述縫隙由后端向前端以指數(shù)形式變大,直至超過金屬片寬度。
      [0006] 優(yōu)選的:以兩個金屬片的對稱軸為X軸,垂直于X軸的直線為y軸,以兩個金屬片 曲線部分右端的連線與X軸的交點(diǎn)為原點(diǎn),建立坐標(biāo)系,則位于負(fù)y軸上的金屬片上縫隙對 應(yīng)指數(shù)函數(shù)方程為
      【主權(quán)項】
      1. 一種實(shí)現(xiàn)空間波與太赫茲人工表面等離激元波轉(zhuǎn)換的裝置,其特征在于:包括介質(zhì) 襯底和固定連接在介質(zhì)上且形成鏡像關(guān)系的兩個金屬片;所述金屬片上設(shè)有周期排列的凹 槽,所述凹槽的深度從金屬片兩端至中間逐漸增加,增至特定值后保持不變,同時凹槽的寬 度均相等;所述金屬片的一端設(shè)置有縫隙,所述縫隙由后端向前端以指數(shù)形式變大,直至超 過金屬片寬度。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)空間波與太赫茲人工表面等離激元波轉(zhuǎn)換的裝置,其 特征在于:以兩個金屬片的對稱軸為X軸,垂直于X軸的直線為y軸,以兩個金屬片曲線部 分右端的連線與X軸的交點(diǎn)為原點(diǎn),建立坐標(biāo)系,則位于負(fù)y軸上的金屬片上縫隙對應(yīng)指 數(shù)函數(shù)方程為:y =':(:: ")-5/2;其中d和h分別是金屬片曲線部分的寬度和高度, Ie -1) S是兩金屬片之間狹縫的距離,C為常數(shù),曲線經(jīng)過定點(diǎn)(-d,-h-s/2)和(0,-s/2);而位于 / ^ c.\: j \ 正y軸上的金屬片上縫隙對應(yīng)指數(shù)函數(shù)方程為:y =Tlll λ +^/2 ;其中d和h分別是金 Ie 屬片曲線部分的寬度和高度,S是兩金屬片之間狹縫的距離,曲線經(jīng)過定點(diǎn)(_d,h+s/2)和 (〇, s/2)〇
      3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)空間波與太赫茲人工表面等離激元波轉(zhuǎn)換的裝置,其 特征在于:所述凹槽的周期P = 65-85um ;所述凹槽的深度在40-60um ;所述凹槽的槽縫寬 10_14um〇
      4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)空間波與太赫茲人工表面等離激元波轉(zhuǎn)換的裝置,其特 征在于:所述介質(zhì)襯底采用柔性羅杰斯5880板。
      【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)空間波與太赫茲人工表面等離激元波轉(zhuǎn)換的裝置,包括介質(zhì)襯底和固定連接在介質(zhì)上且形成鏡像關(guān)系的兩個金屬片;所述金屬片上設(shè)有周期排列的凹槽,所述凹槽的深度從金屬片兩端至中間逐漸增加,增至特定值后保持不變,同時凹槽的寬度均相等;所述金屬片的一端設(shè)置有縫隙,所述縫隙由后端向前端以指數(shù)形式變大,直至超過金屬片寬度。本發(fā)明基于新型人工電磁材料,可以在較寬的頻率和較大的角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)太赫茲空間波與SPP波的有效轉(zhuǎn)換,且具有尺寸小、重量輕、可彎折等優(yōu)點(diǎn),因此在太赫茲功能器件方面具有很好的應(yīng)用前景。
      【IPC分類】G02B6-14, H01P1-16, G02B6-122
      【公開號】CN104730624
      【申請?zhí)枴緾N201510150073
      【發(fā)明人】崔鐵軍, 傅曉建, 張浩馳, 徐俊珺
      【申請人】東南大學(xué)
      【公開日】2015年6月24日
      【申請日】2015年3月31日
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