專利名稱：一種基于三維mim結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶慢波系統(tǒng)，具體涉及一種基于三維MIM結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)，屬于光通信、光存儲、傳感器、表面技術(shù)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
慢光系統(tǒng)在諸如非線性增強(qiáng)、光開關(guān)、全光緩沖器和可變光延遲等方面有很多潛在應(yīng)用。人工表面等離子體(表面波)將電磁波局限在亞波長尺寸因而可以克服衍射極限的限制，從而降低光學(xué)器件的尺寸。基于漸變金屬光柵平板所構(gòu)成的慢波系統(tǒng)的優(yōu)勢在于超寬帶和任意的工作溫度。 現(xiàn)有的寬帶慢波系統(tǒng)的群速度色散和損耗都比較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種具有較低群速度色散和低損耗的基于三維MIM結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)，能夠?qū)⒉煌l率的電磁波截止于不同位置，具有分光器功能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明包括至少設(shè)有一個(gè)的三維MIM結(jié)構(gòu)和設(shè)置在三維MIM結(jié)構(gòu)一端的激勵金屬線；三維MIM結(jié)構(gòu)包括刻有凹槽的上金屬光柵平板及下金屬光柵平板和設(shè)置在上金屬光柵平板與下金屬光柵平板之間的絕緣體；上金屬光柵平板和下金屬光柵平板中凹槽的深度、 寬度或周期漸變；上金屬光柵平板與下金屬光柵平板之間的絕緣體高度漸變。上述三維MIM結(jié)構(gòu)中上金屬光柵平板與下金屬光柵平板相互對稱或不對稱。本系統(tǒng)在微波段的實(shí)現(xiàn)，是用外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體作為激勵金屬線來激發(fā)上金屬光柵平板和下金屬光柵平板上的表面波。本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了由三維MIM結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的寬帶慢波系統(tǒng)；本發(fā)明采用激勵金屬線激勵三維MIM結(jié)構(gòu)中上金屬光柵平板和下金屬光柵平板上的表面波，實(shí)現(xiàn)途徑簡單有效，便于加工，適用范圍廣；本發(fā)明所提出的激勵金屬線激勵可同時(shí)激勵多個(gè)三維MIM結(jié)構(gòu)，因而可實(shí)現(xiàn)多個(gè)慢波系統(tǒng)同時(shí)工作。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來詳細(xì)說明本發(fā)明；圖1為本發(fā)明的三維MIM結(jié)構(gòu)示意圖(圖中凹槽深度h、凹槽寬度W、凹槽周期性 P和絕緣體高度g)；圖2給出具有不同絕緣體高度g的三維MIM結(jié)構(gòu)色散特性示意圖；圖3給出具有不同凹槽深度h的三維MIM結(jié)構(gòu)色散特性示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(工作在微波波段)；圖5給出圖4中絕緣體高度g = 2mm時(shí)本發(fā)明的近場仿真結(jié)果和近場實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果；圖6給出圖4中具有不同絕緣體高度g時(shí)本發(fā)明的近場實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明包括至少設(shè)有一個(gè)三維MIM結(jié)構(gòu)2 (相同或不同)和用于激勵三維MIM結(jié)構(gòu)2的激勵金屬線。其中，三維MIM結(jié)構(gòu)2的一端靠近激勵金屬線，環(huán)繞在激勵金屬線周圍， 各三維MIM結(jié)構(gòu)2間的夾角隨意(并不需要正交)。參見圖1，三維MIM結(jié)構(gòu)2包括刻有凹槽M的上金屬光柵平板21及下金屬光柵平板23，以及設(shè)置在上金屬光柵平板21與下金屬光柵平板23之間的絕緣體22。上金屬光柵平板21及下金屬光柵平板23可以對稱，也可以不對稱。絕緣體22可以為空氣或增益材料，采用增益材料可以改善系統(tǒng)性能，從而降低三維MIM結(jié)構(gòu)2的損耗。上金屬光柵平板21和下金屬光柵平板23中，凹槽M的深度、寬度或周期漸變；同一三維MIM結(jié)構(gòu)2中上金屬光柵平板21與下金屬光柵平板23之間的絕緣體22高度漸變。本發(fā)明的原理是，當(dāng)三維MIM結(jié)構(gòu)2中上金屬光柵平板21與下金屬光柵平板23 的凹槽M深度、寬度、周期漸變或者上金屬光柵平板21與下金屬光柵平板23之間的絕緣體22高度漸變時(shí)，不同頻率電磁波的群速度降低得快慢不同，因而會截止在三維MIM結(jié)構(gòu) 2的不同位置上，從而實(shí)現(xiàn)了基于三維MIM結(jié)構(gòu)2的寬帶慢波系統(tǒng)。本發(fā)明中三維MIM結(jié)構(gòu)2根據(jù)工作頻段不同，可采用不同加工工藝實(shí)現(xiàn)，例如線切割、精雕或者光刻等。圖2是具有不同絕緣體高度g的三維MIM結(jié)構(gòu)色散特性示意圖，可以看到絕緣體高度g不同的三維MIM結(jié)構(gòu)上的表面波在同一頻率時(shí)的群速度(切線斜率)不同，并且g 越小，群速度越低，直至為零。圖3是具有不同凹槽深度h的三維MIM結(jié)構(gòu)色散特性示意圖，可以看到凹槽深度h 不同的三維MIM結(jié)構(gòu)上的表面波在同一頻率時(shí)的群速度也不同，并且h越大，群速度越低，
直至為零。本發(fā)明中，首先通過電磁仿真工具來分析三維MIM結(jié)構(gòu)2的色散特性，通過控制上金屬光柵平板21和下金屬光柵平板23中凹槽M的深度、寬度或周期漸變，或者控制三維 MIM結(jié)構(gòu)2中上金屬光柵平板21與下金屬光柵平板23之間的絕緣體22高度漸變，使之工作在要求的頻段范圍內(nèi)。參見圖4，本實(shí)施例在微波段的實(shí)現(xiàn)，是用外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體12作為激勵金屬線來激發(fā)上金屬光柵平板21和下金屬光柵平板23上的表面波。在微波段，選擇合適型號的同軸線，將適當(dāng)長度(一般為1/5 1/4波長)的內(nèi)導(dǎo)體裸露出來，激發(fā)三維MIM結(jié)構(gòu)2 中上金屬光柵平板21和下金屬光柵平板23上的表面波。內(nèi)導(dǎo)體延伸的長度、內(nèi)導(dǎo)體的外徑和金屬光柵平板的厚度等都會影響同軸線內(nèi)導(dǎo)體12上的場耦合到三維MIM結(jié)構(gòu)2中上金屬光柵平板21和下金屬光柵平板23上表面波的效率。金屬光柵平板的材質(zhì)對慢波系統(tǒng)的功能影響很小，一般選擇價(jià)格便宜的金屬，如鋁材或不銹鋼等。
參見圖5，上圖對應(yīng)圖4中凹槽深度h漸變間隔較小(0. 2mm) 一側(cè)的三維MIM結(jié)構(gòu)，下圖對應(yīng)圖4中凹槽深度h漸變間隔較大(0. 3mm) 一側(cè)的三維MIM結(jié)構(gòu)，可以看到仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果很吻合。參見圖6，從圖中的近場分布的實(shí)測結(jié)果可見，不同頻率的電磁波按照設(shè)計(jì)要求截止于慢波系統(tǒng)的不同位置。上圖對應(yīng)圖4中凹槽深度h漸變間隔較小(0.2mm) —側(cè)三維 MIM結(jié)構(gòu)，下圖對應(yīng)圖4中凹槽深度h漸變間隔較大(0. 3mm)的一側(cè)的三維MIM結(jié)構(gòu)，可以看到上下兩圖中不同頻率的電磁波在三維MIM結(jié)構(gòu)中的截止位置不同。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種基于三維MIM結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)，其特征在于，包括至少設(shè)有一個(gè)的三維MIM 結(jié)構(gòu)(2)和設(shè)置在三維MIM結(jié)構(gòu)(2) —端的激勵金屬線；所述三維MIM結(jié)構(gòu)( 包括刻有凹槽04)的上金屬光柵平板及下金屬光柵平板 (23)和設(shè)置在上金屬光柵平板與下金屬光柵平板之間的絕緣體02)；所述上金屬光柵平板和下金屬光柵平板中凹槽04)的深度、寬度或周期漸變；所述上金屬光柵平板與下金屬光柵平板之間的絕緣體0 高度漸變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維MIM結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)，其特征在于，所述三維 MIM結(jié)構(gòu)中上金屬光柵平板與下金屬光柵平板相互對稱或不對稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于三維MIM結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)在微波段的實(shí)現(xiàn)，是用外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體(12)作為激勵金屬線來激發(fā)上金屬光柵平板 (21)和下金屬光柵平板上的表面波。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三維MIM結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)，包括至少設(shè)有一個(gè)的三維MIM結(jié)構(gòu)和設(shè)置在三維MIM結(jié)構(gòu)一端的激勵金屬線；三維MIM結(jié)構(gòu)包括有限厚度且刻有凹槽的上金屬光柵平板及下金屬光柵平板和設(shè)置在上金屬光柵平板與下金屬光柵平板之間的絕緣體；上金屬光柵平板和下金屬光柵平板中凹槽的深度、寬度或周期漸變；上金屬光柵平板與下金屬光柵平板之間的絕緣體高度漸變。本發(fā)明采用激勵金屬線來激勵三維MIM結(jié)構(gòu)中上金屬光柵平板和下金屬光柵平板上的表面波，實(shí)現(xiàn)途徑簡單有效，便于加工，適用范圍廣；本發(fā)明所提出的激勵金屬線激勵方式可同時(shí)激勵多個(gè)三維MIM結(jié)構(gòu)，因而可實(shí)現(xiàn)多個(gè)慢波系統(tǒng)同時(shí)工作。
文檔編號H01P1/20GK102299395SQ20111016831
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者周永金, 崔鐵軍 申請人:東南大學(xué)