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(hào)，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(jì)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(chǎng)局域和場(chǎng)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(shì)，因此在電路和信號(hào)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(dòng)量大于自由光子的動(dòng)量。因此很難直接用 空間電磁波直接激勵(lì)起SSPP波。尤其在設(shè)計(jì)SSPP功能器件時(shí)，空間波或?qū)РㄅcSPP波的高 效轉(zhuǎn)換是一個(gè)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(lì)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(shí)域光譜系統(tǒng)中，太赫茲輻射源是空間平面波，因?yàn)椴▌?dòng)量失配，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(chǎng)和電磁波領(lǐng)域的一個(gè)熱門方向，如果能夠設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)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(gè)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(shí)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(gè)金屬片的對(duì)稱軸為X軸，垂直于X軸的直線為y軸，以兩個(gè)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(duì) 應(yīng)指數(shù)函數(shù)方程為
【主權(quán)項(xiàng)】
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(gè)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(shí)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(gè)金屬片的對(duì)稱軸為X軸，垂直于X軸的直線為y軸，以兩個(gè)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(duì)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(duì)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(gè)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(shí)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(hào)】CN104730624
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510150073
【發(fā)明人】崔鐵軍, 傅曉建, 張浩馳, 徐俊珺
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日