CN102842744B - 可调控彩虹局域器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调控彩虹局域器，可调控彩虹局域器由周期性排列的金属单元组成，金属单元的大小形状均相同，金属单元上均设置有垂直于可调控彩虹局域器的凹槽，凹槽均位于可调控彩虹局域器的同侧，凹槽的宽度和深度均相同，凹槽内均设置填充介质，从可调控彩虹局域器的一端到另一端，填充介质的厚度逐渐递增或递减。本发明可调控彩虹局域器基于人工表面等离极化激元，通过等比例放大或缩小尺寸就可以使其工作在任意频段内，可以使特定频段的电磁波停留在不同的位置。另外该器件还可以通过改变填充介质的厚度和填充介质的厚度渐变速率实现可调控的功能，可以使指定频率的电磁波停留在指定的位置，因此具有很高的应用价值。

Description

可调控彩虹局域器

技术领域

本发明属于人工表面等离极化激元领域，具体涉及一种可调控彩虹局域器。

背景技术

基于表面等离极化激元（Surface Plasmon Polariton）的波导可以传导与传统光子电路相同大小带宽的电磁波，并且不受衍射极限的限制。这使得SPP器件在将来很可能实现光子与电子元器件在纳米尺度上的完美结合，因此广受学者关注。

然而自然界的SPP仅存在于光波段，为了在较低频段（THz、GHz）实现SPP，人们提出了人工表面等离极化激元（Spoof Surface Plasmon Polariton）。SSPP是一种可以人工设计，通过改变结构参数，改变表面波色散曲线的新型材料。经过近几年的发展，SSPP得到了长足的发展，在器件设计上有着广泛的应用。

彩虹局域是现代科学领域：超材料和慢波的结合。SSPP实现慢波的技术相当于传统减慢或者储存电磁波的技术来说，有着以下的重大优势：

1. 辐射小

2. 带宽大

3. 尺寸小

因此，需要一种彩虹局域器以实现上述功能。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于人工表面等离极化激元的、可调控的彩虹局域器。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明可调控彩虹局域器可采用如下技术方案：

一种可调控彩虹局域器，所述可调控彩虹局域器由周期性排列的金属单元组成，所述金属单元的大小形状均相同，所述金属单元上均设置有垂直于所述可调控彩虹局域器的凹槽，所述凹槽均位于所述可调控彩虹局域器的同侧，所述凹槽的宽度和深度均相同，所述凹槽内均设置有填充介质，从所述可调控彩虹局域器的一端到另一端，所述填充介质的厚度逐渐递增或递减。

有益效果：与背景技术相比，本发明可调控彩虹局域器基于人工表面等离极化激元，通过等比例放大或缩小尺寸就可以使其工作在任意频段内，可以使特定频段的电磁波停留在不同的位置。另外该器件还可以通过改变填充介质的厚度和填充介质的厚度渐变速率实现可调控的功能，可以使指定频率的电磁波停留在指定的位置，因此具有很高的应用价值。

优选的，所述金属单元的形状为长方体。采用此种形状更易实现可调控功能。

优选的，所述凹槽位于所述金属单元的中部。

优选的，相邻所述填充介质之间的厚度差均相同。则在整个可调控彩虹局域器上，填充介质的厚度渐变速率都相同，更易实现可调控的结果预测。

优选的，所述填充介质为固体填充介质或液体填充介质。

附图说明

图1是本发明可调控彩虹局域器金属单元的主视图；

图2是本发明可调控彩虹局域器金属单元的俯视图；

图3是本发明可调控彩虹局域器的仿真结构主视图；

图4是本发明可调控彩虹局域器的仿真结构俯视图；

图5是通过改变填充介质厚度得到的不同色散曲线。

图6是通过改变填充介质厚度得到的不同频率电磁波的厚度-群速度曲线。

图7是可调控彩虹局域器实现彩虹局域现象（不同频率电磁波停留在不同位置）的二维仿真结果。

图8是可调控彩虹局域器实现彩虹局域现象（不同频率电磁波停留在不同位置）的二维测量结果。

图9是可调控彩虹局域器实现彩虹局域现象（不同频率电磁波停留在不同位置）的一维仿真结果。

图10是可调控彩虹局域器实现彩虹局域现象（不同频率电磁波停留在不同位置）的一维测量结果。

图11是验证可调控功能的二维仿真结果。

图12是验证可调控功能的二维测量结果。

图13是验证可调控功能的一维仿真结果。

图14是验证可调控功能的一维测量结果。

图15实现可调控功能的理论值、仿真值和测量值。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1、图2、图3和图4所示，本发明的可调控彩虹局域器为一种基于人工表面等离极化激元的、可调控的彩虹局域器。可调控彩虹局域器由周期性排列的金属单元1组成。其中，金属单元1的数量根据需要设置。金属单元1的大小形状均相同，金属单元1上均设置有垂直于可调控彩虹局域器的凹槽11，凹槽11均位于可调控彩虹局域器的同侧。凹槽11的宽度和深度均相同，凹槽11内分别设置有填充介质12。其中，从可调控彩虹局域器的一端到另一端，凹槽11内填充介质12的厚度逐渐递增或递减。其中，可调控彩虹局域器为3D结构，如果开口向上水平放置，凹槽中填充介质可以为液体或固体。如果是液体，使沿一方向填充液体的深度逐渐增加或减少以调节电磁波停留的位置，采用液体填充介质，填充介质的厚度调节方便，通过调节填充液体的量就可以很方便的实现。如果是固体填充介质则沿一方向填充介质厚度逐渐递增或递减。相邻填充介质12之间的厚度差均相同。相邻填充介质12之间的厚度差决定了填充介质12的厚度渐变速率。通过改变填充介质12的厚度渐变速率可以可以使指定频率的电磁波停留在指定的位置。此结果可从图11、图12、图13和图14的仿真和测量结果中得到验证。

请参阅图5和图6所示，通过改变填充介质的厚度实现可调控的功能，可以使指定频率的电磁波停留在指定的位置。

本实施例中，金属单元1的形状为长方体，长方体的一侧中部设置有凹槽11。长方体的金属单元1更易实现调控。凹槽11贯穿长方体。所有凹槽11均设置在可调控彩虹局域器的同侧。

请参阅图7、图8、图9和图10所示，不论从仿真结果还是测量结果都证明本发明的可调控彩虹局域器可以实现不同频率电磁波停留在不同位置。

图11为通过改变填充介质厚度渐变速率实现8GHz电磁波停留在不同位置的二维仿真                                                分布图，其中s为渐变速率：(a) s=0.02 (b) s=0.025 (c) s=0.03 (d) s=0.035；

图12为通过改变填充介质厚度渐变速率实现8GHz电磁波停留在不同位置的二维测量分布图，其中s为渐变速率：(a) s=0.02 (b) s=0.035；

图13为通过改变填充介质厚度渐变速率实现8GHz电磁波停留在不同位置的一维仿真分布图，其中s为渐变速率：(a) s=0.02 (b) s=0.025 (c) s=0.03 (d) s=0.035；

图14为通过改变介质层厚度渐变速率实现8GHz电磁波停留在不同位置的一维测量分布图，其中s为渐变速率：(a) s=0.02 (b) s=0.035；

从图11、图12、图13和图14中可以看出，无论从一维仿真结果、二维仿真结果还是测量结果都充分证明通过改变填充介质厚度渐变速率，本实施例实现了8GHz电磁波停留在可调控彩虹局域器不同位置的目的。

图15为实现可调控功能的理论值、仿真值和测量值。可以看出，理论值、仿真值和测量值均很好的符合，从而使得本发明具有很好的可预测性，具有很高的应用价值。

如上所述，本发明与背景技术相比，本发明可调控彩虹局域器基于人工表面等离极化激元，通过等比例放大或缩小尺寸就可以使其工作在任意频段内，可以使特定频段的电磁波停留在不同的位置。另外该器件通过改变填充介质的厚度和厚度渐变速率实现可调控的功能，可以使指定频率的电磁波停留在指定的位置，因此具有很高的应用价值。

Claims (4)

1.一种可调控彩虹局域器，其特征在于，所述可调控彩虹局域器由周期性排列的金属单元(1)组成，所述金属单元(1)的大小形状均相同，所述金属单元(1)上均设置有垂直于所述可调控彩虹局域器的凹槽(11)，所述凹槽(11)均位于所述可调控彩虹局域器的同侧，所述凹槽(11)的宽度和深度均相同，所述凹槽(11)内均设置有填充介质(12)，从所述可调控彩虹局域器的一端到另一端，所述填充介质(12)的厚度逐渐递增或递减，相邻所述填充介质(12)之间的厚度差均相同，所述填充介质(12)的厚度渐变速率都相同，通过调节所述填充介质(12)的厚度渐变速率实现可调控。

2.如权利要求1所述的可调控彩虹局域器，其特征在于，所述金属单元(1)的形状为长方体。

3.如权利要求1所述的可调控彩虹局域器，其特征在于，所述凹槽(11)位于所述金属单元(1)的中部。

4.如权利要求1所述的可调控彩虹局域器，其特征在于，所述填充介质(12)为液体填充介质。