CN102856619A - 平面周期渐变彩虹局域器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面周期渐变彩虹局域器，平面周期渐变彩虹局域器为平面结构，平面周期渐变彩虹局域器由周期性排列的金属单元组成，金属单元上均设置有垂直于平面周期渐变彩虹局域器长度方向的凹槽，凹槽均位于平面周期渐变彩虹局域器的同侧，凹槽的长度和深度均相同，从平面周期渐变彩虹局域器的一端到另一端，金属单元沿平面周期渐变彩虹局域器长度方向的长度逐渐递增或递减。本发明基于人工表面等离极化激元，可以使特定频段的电磁波停留在不同的位置，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，因此具有很高的应用价值。具有平面化、带宽大，结构简单，传输损耗小的特点，在微波器件新型设计等领域具有重要的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于人工表面等离极化激元领域，涉及一种用于微波频段实现彩虹局域现象的器件，具体涉及一种平面周期渐变彩虹局域器。
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平面周期渐变彩虹局域器。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明平面周期渐变彩虹局域器可采用如下技术方案：
一种平面周期渐变彩虹局域器，所述平面周期渐变彩虹局域器为平面结构，所述平面周期渐变彩虹局域器由周期性排列的金属单元组成，所述金属单元上均设置有垂直于所述平面周期渐变彩虹局域器长度方向的凹槽，所述凹槽均位于所述平面周期渐变彩虹局域器的同侧，所述凹槽的宽度和深度均相同，从所述平面周期渐变彩虹局域器的一端到另一端，所述金属单元沿所述平面周期渐变彩虹局域器长度方向的长度逐渐递增或递减。
发明原理：本发明的可调控彩虹局域器是基于人工表面等离极化激元的慢波器，其单元结构是由金属单元和位于金属单元上的凹槽组成。当电磁波沿着可调控彩虹局域器的一端向另一端激励时，入射电磁波会在器件表面形成表面波，满足特定的色散关系。由于群速度满足关系： ，当群速度减小至零时，电磁波变停止。通过调整可调控彩虹局域器的参数可调控不同频率电磁波停留在不同周期单元结构的位置。其中，金属单元是利用PCB板加工技术，在平面PCB板上加工形成。
有益效果：与背景技术相比，本发明平面周期渐变彩虹局域器基于人工表面等离极化激元，可以使特定频段的电磁波停留在不同的位置，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，因此具有很高的应用价值。本发明的平面周期渐变彩虹局域器具有平面化、带宽大，结构简单，传输损耗小的特点，在微波器件新型设计等领域具有重要的应用前景。
优选的，所述金属单元的形状为矩形片。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，相邻所述金属单元之间的长度差均相同。相邻所述金属单元之间的长度差即为所述金属单元的长度渐变速率。则在整个平面周期渐变彩虹局域器上，金属单元的长度渐变速率都相同，更易实现可调控的结果预测。
优选的，所述金属单元为平面化等离极化激元单元结构。
所述金属单元的厚度小于等于0.02mm。可以利用光刻或PCB加工技术在PCB板或其他平面介质上加工成平面结构；或者在薄的金属片上刻蚀周期单元结构。
附图说明
图1是本发明平面周期渐变彩虹局域器金属单元的主视图。
图2是本发明平面周期渐变彩虹局域器金属单元的俯视图。
图3是本发明平面周期渐变彩虹局域器的仿真结构示意图
图4是本发明平面周期渐变彩虹局域器的实物图。
图5是通过改变金属单元的厚度得到的不同色散曲线。
图6是通过改变金属单元的厚度得到的不同频率电磁波的周期-群速度曲线。
图7是平面周期渐变彩虹局域器实现彩虹局域现象的二维仿真结果。
图8是平面周期渐变彩虹局域器实现彩虹局域现象的二维测量结果。
图9是平面周期渐变彩虹局域器实现彩虹局域现象的一维仿真结果。
图10是平面周期渐变彩虹局域器实现彩虹局域现象的一维测量结果。
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，本发明的平面周期渐变彩虹局域器为基于人工表面等离极化激元的、平面周期渐变彩虹局域器。本发明的平面周期渐变彩虹局域器为平面结构，平面周期渐变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上均设置有垂直于平面周期渐变彩虹局域器长度方向的凹槽11，凹槽11均位于平面周期渐变彩虹局域器的同侧。其中，凹槽11的宽度和深度均相同。从平面周期渐变彩虹局域器的一端到另一端，金属单元1沿平面周期渐变彩虹局域器长度方向的长度逐渐递增或递减。本发明可以使特定频段的电磁波停留在不同的位置，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。因此具有很高的应用价值。金属单元可以利用光刻或PCB加工技术在PCB板或平面介质上加工成平面结构；或者在薄的金属片上刻蚀周期单元结构。
本实施例中，金属单元1的形状为矩形片。矩形片凹槽11位于金属单元1的中部。相邻金属单元1之间的长度差均相同。相邻金属单元1之间的长度差即为金属单元1的长度渐变速率。金属单元可以为平面化等离极化激元单元结构，其厚度小于等于0.02mm。矩形片状的金属单元1更易实现调控。凹槽11贯穿矩形片。所有凹槽11均设置在平面周期渐变彩虹局域器的同侧。本发明的金属单元单元结构的长度、高度尺寸小于工作波长，厚度远远小于工作波长。
请参阅图5和图6所示，图5通过改变金属单元的长度得到的不同色散曲线。图6 为通过改变金属单元1的长度得到的不同频率电磁波的周期-群速度曲线。
请参阅图7、图8、图9和图10所示，实验结果显示：10.5GHz、11.0GHz、11.5GHz、12.0GHz的电磁波停留在不同的位置，实现了彩虹局域现象。不论从仿真结果还是测量结果都证明本发明的平面周期渐变彩虹局域器可以实现不同频率电磁波停留在不同位置。
与现有技术相比，本发明结构简单，为周期性排列的金属单元和位于金属单元上的凹槽。相比于其他传输线结构，例如导体夹带介质层的带状线、微带线等，结构十分简单。而且本发明的传输损耗小，电磁波可以传播几十个周期结构。传统的波导结构，例如双线传输线、同轴线，当频率升高到微波段时，传输损耗就十分之大。
如上所述，本发明与背景技术相比，本发明平面周期渐变彩虹局域器基于人工表面等离极化激元，可以使特定频段的电磁波停留在不同的位置，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，具有很高的应用价值。
Claims (8)
1.一种平面周期渐变彩虹局域器，其特征在于，所述平面周期渐变彩虹局域器为平面结构，所述平面周期渐变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）上均设置有垂直于所述平面周期渐变彩虹局域器长度方向的凹槽（11），所述凹槽（11）均位于所述平面周期渐变彩虹局域器的同侧，所述凹槽（11）的宽度和深度均相同，从所述平面周期渐变彩虹局域器的一端到另一端，所述金属单元（1）沿所述平面周期渐变彩虹局域器长度方向的长度逐渐递增或递减。
2.如权利要求1所述的平面周期渐变彩虹局域器，其特征在于，所述金属单元（1）的形状为矩形片。
3.如权利要求1所述的平面周期渐变彩虹局域器，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所述的平面周期渐变彩虹局域器，其特征在于，相邻所述金属单元（1）之间的长度差均相同。
5.如权利要求1所述的平面周期渐变彩虹局域器，其特征在于，所述金属单元为平面化等离极化激元单元结构。
6.如权利要求1所述的平面周期渐变彩虹局域器，其特征在于，所述金属单元的厚度小于等于0.02mm。
7.如权利要求1所述的平面周期渐变彩虹局域器，其特征在于，所述金属单元利用光刻或PCB加工技术在平面介质上加工成平面结构。
8.如权利要求1所述的平面周期渐变彩虹局域器，其特征在于，所述金属单元在金属片上通过刻蚀形成。
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