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：
本實(shí)用新型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(chǔ)、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(kāi)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(zhǎng)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?；跐u變金屬光柵平板所構(gòu)成的慢波系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)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。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型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，本實(shí)用新型通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型包括至少設(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(lì)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(duì)稱或不對(duì)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(lì)金屬線來(lái)激發(fā)上金屬光柵平板和下金屬光柵平板上的表面波。本實(shí)用新型首次實(shí)現(xiàn)了由三維MIM結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的寬帶慢波系統(tǒng)；本實(shí)用新型采用激勵(lì)金屬線激勵(lì)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(jiǎn)單有效，便于加工，適用范圍廣；本實(shí)用新型所提出的激勵(lì)金屬線激勵(lì)可同時(shí)激勵(lì)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。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型；

圖1為本實(shí)用新型的三維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為本實(shí)用新型實(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)本實(shí)用新型的近場(chǎng)仿真結(jié)果和近場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果；圖6給出圖4中具有不同絕緣體高度g時(shí)本實(shí)用新型的近場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(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)一步闡述本實(shí)用新型。本實(shí)用新型包括至少設(shè)有一個(gè)三維MIM結(jié)構(gòu)2(相同或不同)和用于激勵(lì)三維MIM 結(jié)構(gòu)2的激勵(lì)金屬線。其中，三維MIM結(jié)構(gòu)2的一端靠近激勵(lì)金屬線，環(huán)繞在激勵(lì)金屬線周?chē)?，各三維MIM結(jié)構(gòu)2間的夾角隨意(并不需要正交)。參見(jiàn)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(duì)稱，也可以不對(duì)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。本實(shí)用新型的原理是，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(huì)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)。本實(shí)用新型中三維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。本實(shí)用新型中，首先通過(guò)電磁仿真工具來(lái)分析三維MIM結(jié)構(gòu)2的色散特性，通過(guò)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(jiàn)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(lì)金屬線來(lái)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(hào)的同軸線，將適當(dāng)長(zhǎng)度(一般為1/5 1/4波長(zhǎng))的內(nèi)導(dǎo)體裸露出來(lái)，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(zhǎng)度、內(nèi)導(dǎo)體的外徑和金屬光柵平板的厚度等都會(huì)影響同軸線內(nèi)導(dǎo)體12上的場(chǎng)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(duì)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。[0028]參見(jiàn)圖5，上圖對(duì)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(duì)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(jiàn)圖6，從圖中的近場(chǎng)分布的實(shí)測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，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(duì)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(duì)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實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)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)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)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(lì)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(duì)稱或不對(duì)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(lì)金屬線來(lái)激發(fā)上金屬光柵平板 (21)和下金屬光柵平板上的表面波。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)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(lì)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。本實(shí)用新型采用激勵(lì)金屬線來(lái)激勵(lì)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(jiǎn)單有效，便于加工，適用范圍廣；本實(shí)用新型所提出的激勵(lì)金屬線激勵(lì)方式可同時(shí)激勵(lì)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(hào)H01P1/20GK202103145SQ20112021215
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:東南大學(xué)