CN203277612U

CN203277612U - 一种用于微带和表面等离子激元相互转换的装置

Info

Publication number: CN203277612U
Application number: CN 201320323394
Authority: CN
Inventors: 崔铁军; 廖臻
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2023-06-04

Abstract

本实用新型公开一种用于微带和表面等离子激元相互转换的装置，包括介质基板、设置在介质基板一面的微带巴伦、与微带巴伦连接的两段金属渐变线、连接于一段金属渐变线一端的金属光栅和连接于另一段金属渐变线一端的金属尖劈，以及设置在介质基板另一面的金属地；金属光栅设有非周期性凹槽区和周期性凹槽区；非周期性凹槽区包括若干个位于金属光栅的端部的凹槽，且凹槽的深度从靠近金属渐变线的一侧向远离金属渐变线的一侧逐步加深；微带巴伦包括微带T型结功率分配器以及两段不同长度的微带线。本实用新型具有的优点包括：连接简单、实现方便、明带宽较宽，通带内色散不明显，性能稳定；而且可在薄的介质基板上制作完成，柔韧易弯折，制作简单，便于集成。

Description

一种用于微带和表面等离子激元相互转换的装置

技术领域

本实用新型涉集成电路和表面波技术，尤其是一种将微带线与二维表面等离激元连接的微带/二维表面等离激元转换器。

背景技术

表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)不受衍射极限的限制，因而可用于构造小型化元件，在表面技术和通信技术等方面有重要应用。采用二维平面等离子体极化激元制成的金属薄膜来传播表面等离激元，可在不同频段实现不同的功能器件和电路，其柔韧易弯折，加工方便易于集成，且具有较高传输效率。

微带线是常用的传输线，实际应用中有将微带线与二维表面等离激元混合使用的需求。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型要提出一种用于微带和表面等离子激元相互转换的装置，以满足上述需求。

技术方案：一种用于微带和表面等离子激元相互转换的装置，包括介质基板、设置在所述介质基板一面的微带巴伦、与所述微带巴伦连接的两段金属渐变线、连接于一段金属渐变线一端的金属光栅和连接于另一段金属渐变线一端的金属尖劈，以及设置在介质基板另一面的金属地；所述金属光栅设有非周期性凹槽区和周期性凹槽区；所述非周期性凹槽区包括若干个位于金属光栅的端部的凹槽，且凹槽的深度从靠近金属渐变线的一侧向远离金属渐变线的一侧逐步加深；所述微带巴伦包括微带T型结功率分配器以及两段不同长度的微带线。

所述微带巴伦和金属尖劈均为两个，两个微带巴伦通过金属渐变线分别连接于金属光栅的两端；每个金属尖劈分别通过金属渐变线与微带巴伦连接。

两段微带线的长度差为250~ 0.075mm。位于所述非周期性凹槽区中的凹槽的深度为0~ 250mm。位于所述周期性凹槽区中的凹槽的深度为 0.075~250mm。

有益效果：本实用新型连接简单、实现方便、明带宽较宽，通带内色散不明显，性能稳定；而且可在薄的介质基板上制作完成，柔韧易弯折，制作简单，便于集成；通过结构参数的缩放，本实用新型适用于微波、毫米波和太赫兹波段等不同波段。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例的结构示意图；

图3为图1中A处的放大图，图中d为凹槽深度、a为凹槽宽度、p为凹槽周期；

图4为本实用新型的微带巴伦的结构示意图，图中C1和C2为两段微带线的长度，C3、C4为微带T型结功率分配器的各部分宽度；

图5为本实用新型的背面示意图；

图6本实用新型金属尖劈的示意图，图中b1为金属尖劈的宽度、b2为金属尖劈的长度；

图7为本实用新型两段渐变金属线放大图，图中d1、d2、d3分别为金属线的两端宽度、长度；

图8是本实用新型的实验数据图。

具体实施方式

如图1和图5所示，本实用新型公开了一种能够将微带线与二维表面等离激元简便有效连接的转换器，其结构主要包括：设置在介质基板1正面的微带巴伦2、两段渐变金属线3、厚度接近零的金属光栅4和金属尖劈5，两段渐变金属线3各有一端与微带巴伦连接，另一端分别与金属光栅和金属尖劈连接；设置在介质基板1背面的金属地6。微带巴伦2包括一个微带T型结功率分配器21以及两段不同长度的微带线22，金属光栅4的表面设有周期性凹槽区42和非周期性深度渐变凹槽区41；位于非周期性深度渐变凹槽区41内的凹槽，其深度从靠近金属渐变线的一侧向远离金属渐变线的一侧逐步加深。微带线的金属地与转换器的背面金属地在介质基板背面并且相连。

在图1中，该实施例的微带线一端作为转换器的输入端，金属光栅一端作为输出端，通过该转换器的连接，微带线中的能量可以有效地转换成金属光栅中的表面波能量，反之亦可。

在图2中，该实施例使用两个转换器和分别连接在厚度接近零的金属光栅的微带线。能量信号由微带线22通过转换器，激励二维表面等离激元，并且在厚度接近零的金属光栅上传输，在金属光栅的另一端，再由转换器将表面等离激元转换成微带线信号输出。

可以通过转换器的参数，使之工作在不同的波段，上述参数包括周期性凹槽的深度、宽度和周期；非周期性渐变深度凹槽的深度、宽度和个数；微带T型结功率分配器各端的宽度；两段不同长度的微带线之间的长度差和各自的宽度；渐变金属线的宽度和长度；尖劈的长度和曲线渐变方式以及背面金属地的长度。

图3示出了本实用新型的凹槽的结构，凹槽深度d、凹槽宽度a和凹槽的周期p等参数可以调整。通过调整上述参数，可以控制金属表面的色散曲线分布，从而实现不同工作频率上的高效传输。图4示出了本实用新型的微带T型结功率分配器的结构，其各部分宽度C3和C4、两段微带线的长度C1和C2等参数可以调整。调整C1和C2，可以控制工作的频段，调整C3和C4，可以控制该转换器的阻抗匹配。图6示出了本实用新型的渐变金属线的结构，金属线的两端宽度d1、d2和长度d3可以调整。通过调整d1、d2和d3可以控制该转换器的阻抗匹配。图7示出了本实用新型金属尖劈的结构，尖劈的宽度b1、长度b2和曲线等参数可以调整，以控制该转换器的转换效率。图8给出了图2所述实施例的两端微带线端口仿真得到的传输系数与反射系数。例如微波段时，上述参数具体如下：

d=4mm，a=2mm，p=5mm， C3=1.4mm ，C4=1mm，C1=8mm，C2=12.5mm，h=5mm， d1=1mm，d3=5mm，d2=5mm，b1=5mm，b2=50mm。

在本实用新型中，金属结构的材质在微波段对转换器的功能影响很小，一般选择价格便宜的金属如铜等。

总之，本实用新型在微波段中很宽的频带内中拥有良好的传播特性和驻波比。并且拥有简单有效，便于加工，适用范围广的特点。本实用新型提出的具有微带线与二维表面等离激元转换的功能的转换器，首次实现了从微带线到厚度超薄、易弯折、损耗小的金属光栅即二维表面等离激元的转换；简单有效，便于加工，适用范围广。

以上描述和解释了本实用新型的主要特征、基本原理和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，例如技术人员可以对上述各种参数进行修改以使其工作在其他波段，或者修改相关参数以使其结构、性能与本实施例有所不同，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由权利要求及其等同界定。

Claims

1.一种用于微带和表面等离子激元相互转换的装置，包括介质基板（1），其特征是，还包括设置在所述介质基板一面的微带巴伦（2）、与所述微带巴伦（2）连接的两段金属渐变线（3）、连接于一段金属渐变线（3）一端的金属光栅（4）和连接于另一段金属渐变线一端的金属尖劈（5），以及设置在介质基板另一面的金属地（6）；

所述金属光栅（4）设有非周期性凹槽区（41）和周期性凹槽区（42）；所述非周期

性凹槽（41）包括若干个位于金属光栅（4）的端部的凹槽，且凹槽的深度从靠近金属渐变线的一侧向远离金属渐变线的一侧逐步加深；所述微带巴伦（2）包括微带T型结功率分配器（21）以及两段不同长度的微带线（22）。

2.如权利要求1所述的用于微带和表面等离子激元相互转换的装置，其特征是，所述微带巴伦和金属尖劈均为两个，两个微带巴伦通过金属渐变线分别连接于金属光栅的两端；每个金属尖劈分别通过金属渐变线与微带巴伦连接。

3.如权利要求1或2所述的用于微带和表面等离子激元相互转换的装置，其特征是，两段微带线的长度差为250~ 0.075mm。

4.如权利要求1或2所述的用于微带和表面等离子激元相互转换的装置，其特征是，位于所述非周期性凹槽区中的凹槽的深度为0~ 250mm。

5.如权利要求1或2所述的用于微带和表面等离子激元相互转换的装置，其特征是，位于所述周期性凹槽区中的凹槽的深度为 0.075~250mm。