CN105428774A - 一种增加伪表面等离子体传输带宽的方法 - Google Patents

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韦鹏
郭旭光
朱亦鸣
彭滟
时鹏程
王一乔
庄松林
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
    • H01P11/003—Manufacturing lines with conductors on a substrate, e.g. strip lines, slot lines

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Abstract

本发明涉及一种增加伪表面等离子体传输带宽的方法，先在聚合物或耐火材料衬底平面上进行结构图形的刻画；然后使用金属镀膜技术在刻画好的衬底镂空图形基础上进行印刷金属膜，形成伪表面等离子体激元结构；伪表面等离子体激元结构依次包括端口结构、转换结构和槽型高宝线，端口结构为共面波导结构，传输信号线为居中金属膜，两侧金属膜为提供电磁波能量返回回路的地线金属板；转换结构由中间逐渐增大深度的槽型信号线和两边平面喇叭开口的地线平面金属板构成；槽型高宝线为单根同深度的三角槽或等腰梯形槽结构金属线构成，与转换结构的信号线连接。在不改变共面波导与伪表面等离子体的转换效率，不影响高宝线透过率的同时，增加槽型高宝线的传输带宽。

Description

一种增加伪表面等离子体传输带宽的方法
技术领域
本发明涉及一种信号传输技术，特别涉及一种增加伪表面等离子体传输带宽的方法。
背景技术
表面等离子体激元是一种由电子或者光波激发的电磁表面波，它在表面处场强最大，在垂直于表面方向成指数衰减。由于其具有超聚焦，电磁诱导透明，突破衍射极限的潜能，近几十年来成为纳米光电子学科的一个重要的研究方向，并受到了包括材料学，化学，物理学，生物学等多领域的极大关注。
金属表面等离子体激元虽然在近红外和可见光区域十分常见，但因为金属在频率较低的频段如微波、太赫兹波等，金属表现出更强的金属性而非介质的特性，所以在此类频段不存在天然的表面等离子体激元。
近些年，借助超材料技术（通常为在金属表面刻蚀周期性亚波长槽）的发展，能够在单根金属线上实现类似于表面等离子体的传输，由于超材料技术并不是天然存在的材料，因此基于该种技术产生的表面波称之为伪表面等离子体激元。最早关于伪表面等离子体激元的研究可以追溯到20世纪50年代Goubau（高宝）对于单根金属线传输微波频段电磁波的研究。但是由于缺乏有效用于波矢匹配的结构，因此限制了伪表面等离子体激元在微波以及太赫兹频段的应用。近年来，在柔软超薄衬底上的平面槽型高宝线被制造出来。这种共面波导结构能够将准横电磁波高效地转换为伪表面等离子体激元，这种结构在集成化以及应用方面具有无与伦比的优势。
传统的柔软超薄平面槽型高宝线对其传输带宽有一定的限制，通常只能通过改变槽的深度来增加带宽。刻蚀，随着槽深改变，波矢匹配的效果以及准横电磁波变为伪表面等离子体激元的转换效率都会随之变化，使得通带的透过率下降。目前还没有能既不影响已有带宽透过率，也能提升通带频率范围的有效方法。
发明内容
本发明是针对目前传统的基于伪表面等离子体的槽型高宝传输线无法在不改变槽深，不影响已有带宽透过率的情况下提升伪表面等离子体激元带宽的问题，提出了一种增加伪表面等离子体传输带宽的方法，在槽型高宝线的基础上，通过设计不同的平面槽结构，在不影响高宝线透过率的情况下，增加传统槽型高宝线的传输带宽。
本发明的技术方案为：一种增加伪表面等离子体传输带宽的方法，具体包括如下步骤：
1）先在聚合物或耐火材料衬底平面上进行结构图形的刻画；然后使用金属镀膜技术在刻画好的衬底镂空图形基础上进行印刷金属膜，形成伪表面等离子体激元结构；
2）伪表面等离子体激元结构依次包括端口结构、转换结构和槽型高宝线，端口结构为共面波导结构，传输信号线为居中金属膜，两侧金属膜为提供电磁波能量返回回路的地线金属板，整个端口结构阻值为50Ω；转换结构由中间逐渐增大深度的槽型信号线和两边平面喇叭开口的地线平面金属板构成；槽型高宝线为单根同深度的三角槽或等腰梯形槽结构金属线构成，与转换结构的信号线连接。
所述转换结构中的槽型与槽型高宝线中的槽型相同，为三角槽或等腰梯形槽结构。
所述信号线和地线与槽型高宝线选用相同的金，银或铜材料。
所述伪表面等离子体激元结构适用于传播微波KU频段至E频段局域电磁波能量。
本发明的有益效果在于：本发明增加伪表面等离子体传输带宽的方法，有别于传统的柔软超薄平面槽型高宝线，能在不改变最大槽深，以及不改变共面波导与伪表面等离子体的转换效率的情况下，通过改变槽的形状增加伪表面等离子体的传输带宽。实际设计过程中，该方法对于微波与太赫兹波频段都适用。
附图说明
图1为本发明伪表面等离子体激元结构示意图；
图2为本发明伪表面等离子体激元结构中槽结构比较示意图；
图3为本发明伪表面等离子体激元结构中三种槽结构的测试结果图。
具体实施方式
一种增加槽型高宝传输线传输带宽的方法，在具有相同的共面波导，相同横电磁波转换伪表面等离子体激元结构的槽型高宝线的基础上，通过设计不同的平面槽结构，在不影响既有伪表面等离子体传输效率的情况下，增加传统伪表面等离子体的传输带宽。
本发明使用光刻技术，先在聚合物或耐火材料衬底平面上进行结构图形的刻画；然后使用金属镀膜技术在刻画好的衬底镂空图形基础上进行印刷金属膜，形成伪表面等离子体激元结构。如图1所示伪表面等离子体激元结构示意图。整个结构分为三个部分设计：
I:端口设计为共面波导结构，传输信号线为居中金属膜，两侧金属膜为提供电磁波能量返回回路的地线金属板，整个端口设计阻值为50Ω，方便与矢量网络分析仪对接，图1中为共面波导所支持的对称准横电磁波模式；
II：转换结构由中间逐渐增大深度的槽型信号线和两边平面喇叭开口的地线平面金属板构成。槽线与端口的传输信号线连接，两边喇叭口分别与端口的两侧的地线连接。
III：槽型高宝线设计为单根同深度槽型金属线构成。图1为其中一种梯形槽槽型设计结构示意图。
将图2(b)梯形槽的设计或图2(c)三角槽的设计，替换传统柔软超薄平面槽型高宝线中的如图2(a)所示方形槽（包括转换结构在内的所有槽的形状），通过矢量网络分析仪测试S参数，对比图3结果，可以得知梯形槽结构的传输带宽在方形槽带宽基础上增加8%的带宽，三角槽结构的传输带宽在方形槽带宽基础上增加26%的带宽。本发明更改槽型结构后不影响伪表面等离子体传输效率，该方法做出的不同结构透过率均大于-5dB。
所述信号线和地线与槽型高宝线选用相同的金，银或铜材料。
所述转换结构为地线金属板渐开，信号线上出现槽深线性增长的平面槽结构。
所述槽型高宝线由单根同深度的三角槽，或等腰梯形槽结构金属线构成。
所述伪表面等离子体激元结构适用于传播微波KU频段至E频段局域电磁波能量。

Claims (4)

1.一种增加伪表面等离子体传输带宽的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）先在聚合物或耐火材料衬底平面上进行结构图形的刻画；然后使用金属镀膜技术在刻画好的衬底镂空图形基础上进行印刷金属膜，形成伪表面等离子体激元结构；
2）伪表面等离子体激元结构依次包括端口结构、转换结构和槽型高宝线，端口结构为共面波导结构，传输信号线为居中金属膜，两侧金属膜为提供电磁波能量返回回路的地线金属板，整个端口结构阻值为50Ω；转换结构由中间逐渐增大深度的槽型信号线和两边平面喇叭开口的地线平面金属板构成；槽型高宝线为单根同深度的三角槽或等腰梯形槽结构金属线构成，与转换结构的信号线连接。
2.根据权利要求1所述增加伪表面等离子体传输带宽的方法，其特征在于，所述转换结构中的槽型与槽型高宝线中的槽型相同，为三角槽或等腰梯形槽结构。
3.根据权利要求2所述增加伪表面等离子体传输带宽的方法，其特征在于，所述信号线和地线与槽型高宝线选用相同的金，银或铜材料。
4.根据权利要求1至3中任意一所述增加伪表面等离子体传输带宽的方法，其特征在于，所述伪表面等离子体激元结构适用于传播微波KU频段至E频段局域电磁波能量。
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