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基于復(fù)合周期和單周期的表面等離激元分波器的制作方法

文檔序號(hào):6789847閱讀:375來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:基于復(fù)合周期和單周期的表面等離激元分波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種分波器,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)合周期和單周期的表面等離激元分波器,屬于通信、集成電路和表面波技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
人工表面等離激元不受衍射極限的限制,因而可以用于構(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分波器結(jié)構(gòu),通常為幾種槽深不同的有限厚的單周期結(jié)構(gòu)組合而成,不利于實(shí)現(xiàn)集成。利用超薄金屬表面上設(shè)計(jì)凹槽深度交替變化的復(fù)合周期光柵結(jié)構(gòu)來(lái)傳輸雙波段表面波,同時(shí)利用凹槽深度不變的單周期光柵結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合周期光柵結(jié)構(gòu)中的雙波段表面波進(jìn)行分離,該類器件加工方便,易于集成,兩個(gè)波段的分離效果好。

發(fā)明內(nèi)容
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)合周期和單周期的表面等離激元分波器。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:基于復(fù)合周期和單周期的表面等離激元分波器,包括印制在柔性介質(zhì)上的漏斗形光柵結(jié)構(gòu),所述光柵結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)位置相對(duì)且平行的復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)、兩個(gè)位置相對(duì)的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)、兩個(gè)位置相對(duì)且形成一定張角的單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu),所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)之間通過(guò)單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)相切過(guò)渡連接;所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)交錯(cuò)設(shè)置有一排深凹槽A和淺凹槽B,一組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一排深凹槽A,另一組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一排淺凹槽B ;所述兩個(gè)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)構(gòu)成分波器的一個(gè)輸入端,所述兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)構(gòu)成分波器的兩個(gè)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(lì)兩個(gè)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)上的雙波段表面波,兩組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)分別對(duì)雙波段表面波進(jìn)行分波。上述結(jié)構(gòu)的分波器中,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;以兩個(gè)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)之間的間距、兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)之間的張角(可通過(guò)設(shè)計(jì)單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)的半徑和弧度實(shí)現(xiàn))、以及深凹槽A和淺凹槽B的深度、寬度、間距(即周期)等作為基本參數(shù),可以改變?cè)摲植ㄆ鞯妮斎牒洼敵鲋g的關(guān)系O優(yōu)選的,所述光柵結(jié)構(gòu)中,所有深凹槽A的周期相同(包括復(fù)合周期還是在單周期在內(nèi)),所有淺凹槽B的周期相同;當(dāng)然還可以同時(shí)設(shè)計(jì)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)的分波器,可以工作在微波頻段,通過(guò)合理調(diào)節(jié)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)上的深凹槽A和淺凹槽B的深度、寬度、間距(即周期)等基本參數(shù)可以改變雙波段表面波的色散曲線,設(shè)計(jì)滿足工作頻率需求的雙波段表面波;通過(guò)相連接的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的單波段傳輸特性對(duì)雙波段表面波進(jìn)行分波,利用外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體作為金屬線來(lái)激勵(lì)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)上的雙波段表面波。有益效果:本發(fā)明提供的基于復(fù)合周期和單周期的表面等離激元分波器,具有如下優(yōu)點(diǎn):1)首次在微波段實(shí)現(xiàn)基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)以及單周期結(jié)構(gòu)的超薄柔性薄膜的等離激元分波器;2)能夠有效對(duì)復(fù)合周期結(jié)構(gòu)上的雙波段表面波進(jìn)行分離,雙波段的電磁波模式在進(jìn)入單波段時(shí)傳輸模式不會(huì)發(fā)生變化,分波效率高;3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便,并且單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)的完全損耗小,能夠?qū)崿F(xiàn)不同彎曲角度的分波,便于集成;4)通過(guò)對(duì)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。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為復(fù)合周期結(jié)構(gòu)和單周期結(jié)構(gòu)的色散曲線;圖3為沿縱向傳播的近場(chǎng)仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖,其中圖3(a)為5.2GHz的仿真圖,圖3(b)為10.2GHz的仿真圖,圖3(c)為5.2GHz的實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖,圖3⑷為10.2GHz的實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖;圖4為兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)輸出信號(hào)的頻譜圖,其中圖4(a)為設(shè)置有深凹槽A的頻譜圖,圖4(b)為設(shè)置有淺凹槽B的頻譜圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示為一種基于復(fù)合周期和單周期的表面等離激元分波器,包括印制在柔性介質(zhì)上的漏斗形光柵結(jié)構(gòu),所述光柵結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)位置相對(duì)且平行的復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)1、兩個(gè)位置相對(duì)的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2、兩個(gè)位置相對(duì)且形成一定張角的單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3,所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3之間通過(guò)單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2相切過(guò)渡連接;所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I的內(nèi)側(cè)交錯(cuò)設(shè)置有一排深凹槽A和淺凹槽B,一組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一排深凹槽A,另一組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一排淺凹槽B ;所述兩個(gè)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I構(gòu)成分波器的一個(gè)輸入端,所述兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3構(gòu)成分波器的兩個(gè)輸出端;所述輸入端的前側(cè)設(shè)置有金屬導(dǎo)線4,所述金屬導(dǎo)線4作為饋源用于激勵(lì)兩個(gè)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I上的雙波段表面波,兩組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3分別對(duì)雙波段表面波進(jìn)行分波;所述金屬導(dǎo)線4為外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體。本案中,深凹槽A和淺凹槽B除了深度不同外,寬度與周期均相同,另外,所有深凹槽A的結(jié)構(gòu)、周期相同,所有淺凹槽B的結(jié)構(gòu)、周期相同,所述兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3的張角為60° ;通過(guò)對(duì)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(shí)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的第一個(gè)模式和第二個(gè)模式的色散曲線以及兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3的色散曲線,從圖中可以看出,復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I中的兩個(gè)模式的色散曲線分別與兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3的色散曲線對(duì)應(yīng)。從分波器的輸入端(兩個(gè)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I)輸入電磁波,有兩個(gè)波段的表面波被現(xiàn)在復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I表面?zhèn)鬏?,在兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3分支,分別只能傳輸復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I中的低頻段表面波和高頻段表面波,從而實(shí)現(xiàn)分波功能。如圖3所示,給出了 5.2GHz和10.2GHz時(shí)仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的二維電場(chǎng)分布圖,從圖中的近場(chǎng)分布可以看出,當(dāng)頻率為5.2GHz時(shí),表面波僅沿著復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I和設(shè)置深凹槽A的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3 —側(cè)傳輸,當(dāng)頻率為10.2GHz時(shí),表面波僅沿著復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)I和設(shè)置淺凹槽B的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)2和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3 —側(cè)傳輸。如圖4所示,圖中給出了兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3輸出信號(hào)的頻譜圖,4(a)為設(shè)置深凹槽A的單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3輸出信號(hào)頻譜圖,4(b)為設(shè)置淺凹槽B的單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)3輸出信號(hào)頻譜圖;可以看出,兩個(gè)分支都僅有一個(gè)頻段的信號(hào)輸出。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(jìn)行加工,比如線切割或光刻。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.基于復(fù)合周期和單周期的表面等離激元分波器,其特征在于:包括印制在柔性介質(zhì)上的漏斗形光柵結(jié)構(gòu),所述光柵結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)位置相對(duì)且平行的復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(I)、兩個(gè)位置相對(duì)的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)(2)、兩個(gè)位置相對(duì)且形成一定張角的單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(3),所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(I)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(3)之間通過(guò)單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)(2)相切過(guò)渡連接;所述復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(I)的內(nèi)側(cè)交錯(cuò)設(shè)置有一排深凹槽A和淺凹槽B,一組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)(2)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(3)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一排深凹槽A,另一組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)(2)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(3)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一排淺凹槽B ; 所述兩個(gè)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(I)構(gòu)成分波器的一個(gè)輸入端,所述兩個(gè)單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(3)構(gòu)成分波器的兩個(gè)輸出端;所述輸入端的前側(cè)設(shè)置有金屬導(dǎo)線(4),所述金屬導(dǎo)線(4)作為饋源用于激勵(lì)兩個(gè)復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(I)上的雙波段表面波,兩組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)(2)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)(3)分別對(duì)雙波段表面波進(jìn)行分波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合周期和單周期的表面等離激元分波器,其特征在于: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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合周期和單周期的表面等離激元分波器,其特征在于:所述金屬導(dǎo)線(4)為外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于復(fù)合周期和單周期的表面等離激元分波器,包括印制在柔性介質(zhì)上的漏斗形光柵結(jié)構(gòu)光柵結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)位置相對(duì)且平行的復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)、兩個(gè)位置相對(duì)的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)、兩個(gè)位置相對(duì)且形成一定張角的單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu);復(fù)合周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)交錯(cuò)設(shè)置有一排深凹槽A和淺凹槽B,一組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一排深凹槽A,另一組相連的單周期圓弧金屬光柵結(jié)構(gòu)和單周期直金屬光柵結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一排淺凹槽B。本發(fā)明提供的分波器,首次在微波段實(shí)現(xiàn)基于復(fù)合周期結(jié)構(gòu)以及單周期結(jié)構(gòu)的超薄柔性薄膜的等離激元分波器,分波效率高,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便。
文檔編號(hào)H01P1/213GK103199326SQ20131007875
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者崔鐵軍, 高喜, 馬慧鋒 申請(qǐng)人:東南大學(xué)
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