基于人工表面等离激元周期调制的漏波天线设计

基于超薄波纹金属条带结构,利用人工表面等离激元的周期调制原理,设计出辐射波束角度及数量均可设计的漏波天线.首先,分析了不同周期下人工表面等离激元单元结构的色散特性;其次,介绍了周期调制的原理,即通过将调制周期从亚波长尺寸不断增大到波长尺寸,人工表面等离激元将经历从高效传输到截止,然后到定向漏波乃至多波束辐射的过程;再次...     

基于谐振耦合和人工表面等离激元的可调控频率选择铁电厚膜移相器

移相器作为一类重要的微波功能器件,在军事和民用领域有着重要的应用。不同于传统的铁电厚膜移相器,本文将电谐振器、人工表面等离激元(SSPP)和铁电厚膜三者结合进行设计,利用电谐振器与人工表面等离激元传输结构的耦合特性,并引入铁电厚膜的介电非线性,提出了一种具有频率选择特性的电可调铁电厚膜移相器。通过基于人工表面等离激元的铁电厚膜移相器理论分析了移相器结构设计的可行性,并通过系统仿真对设计的可行性进行了验证。通过仿真不同电谐振器结构下移相器的S参数曲线验证了本文设计的移相器具有可设计的频率选择特性。     

柔性人工表面等离激元传输线的小型化设计

为了实现高集成度通信系统中高频信号的可靠传输,提出了一种小型化叉指H形人工表面等离激元传输线结构. 采用共面双导体形式,并在金属矩形凹槽处添加叉指结构,实现色散特性调控和尺寸缩减. 同时给出单元结构的等效电路模型,验证了小型化结构的设计原理,分析了力学形变时传输线的性能. 仿真与测试结果表明,与常规的人工表面等离激元相比,叉指H形人工表面等离激元传输线可在保持相同带宽（3～15.25 GHz）的同时,线宽减少79.5%,尺寸仅为2.28λ_g×0.098λ_g（λ_g为中心频率对应的波长）. 在平坦和变形时加工实物的带宽保持在3～12.90 GHz,与仿真结果较吻合. 设计的结构具有高频、小型化和柔性超薄等特点,在超小型高速通信系统中具有潜在的应用前景.     

基于渐变折射率的太赫兹人工表面等离激元片上透镜特性

借助于结构化的金属/介质界面所形成的人工表面等离激元，能够将太赫兹场束缚在亚波长量级，同时利用单元结构对几何参数的色散特性，可以在二维尺度上操纵太赫兹波，为集成化、小型化片上太赫兹功能器件的发展提供了解决途径。利用立体金属柱子结构的色散特性构建二维渐变折射率透镜，在此基础之上设计平面望远镜、波导耦合器、双功能透镜等二维太赫兹人工表面等离激元传输调控器件，并通过电磁仿真分析每种功能器件的工作性能。本工作不仅丰富了太赫兹表面波调控器件家族，并有望进一步发展表面等离激元链路的太赫兹片上系统。     

人工表面等离激元波导及天线若干进展

电磁波的传输和调控是电子学领域的一个研究热点,人工表面等离激元是一项通过在金属表面人工设计亚波长周期结构实现有效控制微波与太赫兹波传输的新技术。近年来,人工表面等离激元波导、电路与天线研究方面已取显著成果,为其在微波与太赫兹集成电路与系统中的应用奠定了基础。鉴于人工表面等离激元技术的重要应用前景,文章简要综述了人工表面等离激元波导、滤波器、频扫漏波天线以及涡旋波天线的若干最新研究进展,为新型人工表面等离激元波导与天线的开发及应用提供了参考。     

石墨烯动态调控太赫兹表面等离激元

太赫兹表面等离激元(SPPs)是利用亚波长周期性结构在太赫兹频段模拟的具有与可见光频段表面等离激元相似的光学特性的电磁波,分为传输型和局域型2种。本文将石墨烯引入太赫兹表面等离激元结构作为动态激励源,通过外加偏压改变石墨烯的电导率,分别实现了对传输型表面等离激元的幅度、频率、相位和对局域表面等离激元共振强度的动态调控。本文方法为表面等离激元的动态调控提供了新的思路,拓宽了表面等离激元在太赫兹频段的应用。     

基于人工表面等离激元的天线研究进展

人工表面等离激元是在人工电磁媒质与传统材料界面激发的一种亚波长表面电磁模式, 具有波长短、场局域增强、色散可调等新奇的电磁特性, 在小型化微波器件、隐身材料与隐身结构、天线/天线罩等领域具有重要应用前景.文章综述了人工表面等离激元在天线中的应用研究进展, 包括基于混合模式耦合、相位梯度超表面解耦、周期结构解耦等原理的端射天线、多波束天线、频扫天线, 为新型天线的研发与应用提供技术支撑.     

宽带近红外表面等离激元逻辑与门器件的设计

提出了一种宽带近红外表面等离激元逻辑与门纳米结构。两个输入端由相互平行的狭缝天线构成的近红外宽带定向表面等离激元耦合器构成。这种放置在圆弧上的耦合器阵列纳米结构在径向偏振光照射下表面等离激元具有聚焦特性。两个相同的这种圆弧形纳米结构产生的表面等离激元聚焦光斑分别由两个槽型波导传输到输出端叠加干涉。在发生线性干涉时,两个振幅相同,偏振方向一致,相位差为零的表面等离激元干涉强度为单个圆弧形纳米结构产生的表面等离激元强度的4倍。理论分析了结构和器件原理,并用时域有限差分法软件模拟了输入输出逻辑关系以及宽带特性。     

石墨烯/光子晶体混合结构的可调谐表面等离激元自准直

文章探究了中红外波段表面等离激元在石墨烯/光子晶体混合结构传输的自准直现象。在石墨烯的硅基底上设计了二维周期圆形空气孔结构,该结构能够实现表面等离激元光子晶体的特性。运用平面波展开法计算石墨烯表面等离激元光子晶体的能带,并计算出等频线。从该结构的等频线可以获得自准直的频率。我们进一步应用有限时域差分方法计算自准直频率在结构中的传输,可观察到该频率下石墨烯上的表面等离激元电场在通过该结构时出现自准直现象。在基底参数不变情况下,通过调节石墨烯的费米能,来改变等离激元光子晶体的能带,从而调节等离激元自准直频率。文章提出的基于石墨烯的等离激元自准直器件,有望应用于未来集成等离激元器件之间的连接。     

表面等离激元电磁波吸收体研究进展

表面等离激元电磁波吸收体具有新颖的吸波机制、超高的吸收率、超薄的厚度、超小的单元结构、角度不敏感等特点, 使其在太阳电池、紫外防护、光电探测等领域受到广泛关注。文章围绕表面等离激元电磁波吸收体展开综述, 首先根据其吸波特性的不同, 将其分为窄带、多频带及宽带吸收进行概述, 接着详细介绍了窄带、多频带、宽带表面等离激元电磁波吸收体近年的研究进展, 最后对表面等离激元电磁波吸收体的发展前景进行了展望。     

双层金属环形阵列的太赫兹表面等离子体研究

研究了太赫兹波垂直通过具有周期性亚波长环形空气槽阵列的金属-介质-金属三层结构的透射谱特性,以及与表面等离子体谐振的关系。共振模式电场分布与色散曲线分别表明:表面等离子体具有束缚性,表面电磁波的传输机制与能量流动过程,透射谱的两个共振峰与传播性的表面等离子体模式、局域化的表面等离子体模式及其耦合有关。改变结构的几何参数,其共振峰变化趋势进一步印证了以上观点,并且空气环中激发的准波导效应也影响了太赫兹波的传输。     

Terahertz Surface Waves Propagating on Metals with Sub-wavelength Structure and Grating Reliefs

Due to their long propagation length at a metal surface in the far infrared, surface plasmons make potentially feasible the design and realization of 2D integrated terahertz systems over a metallic substrate. In this article, we present a review of recent works dedicated to surface plasmon properties on structured metallic surfaces. We study excitation, propagation, diffraction and reflection of terahertz surface plasmon on shallow gratings and of spoof plasmons on deep sub-wavelength structures. The analysis of the experimental data supplied by terahertz time-domain spectroscopy allows us to point out the main parameters that govern this diffraction process and the propagation of a surface plasmon over a flat or corrugated metal surface.     

基于梯形槽阵列的SSPPs型带通微波滤波器

该文采用时域有限差分法(FDTD)设计了一种具有阶梯槽结构的人工表面等离激元(SSPPs)型带通微波滤波器。滤波器由4部分组成,其中第二部分(阶梯阻抗槽)是过渡部分,新颖的周期性排列的阶梯阻抗槽设计可增强微波波段亚波长的束缚效果,提高带通SSPPs滤波器的通带特性和抗电磁干扰能力。该文还利用FDTD法对微波频率范围内的SSPPs滤波器的透射和反射特性进行了研究。结果表明,通过调整阶梯阻抗槽结构的几何尺寸及传输线中耦合间隙参数,可以灵活地控制滤波器的带宽和抑制特性,滤波器具有很强的抗空间电磁干扰能力。     

基于SSPPs的低剖面宽带八木天线阵列设计

提出了一种基于新型人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons, SSPPs)馈电带有引向器的低剖面宽带八木天线阵列。天线阵列包括两部分:基于人工表面等离子体激元波导的四路宽带功分器和八木天线阵列。人工表面等离子体激元具有高的场局限性,将信号束缚在人工表面等离子体激元的凹槽结构中保证了信号的高效传输,减少了传输损耗。八木天线通过进一步加载引向器结构能够实现端射辐射特性。测试结果表明:天线阵列的回波损耗在4.5 ~6.05 GHz 频率范围内小于-10 dB。天线阵列实际增益在4.5 ~ 6.05 GHz 范围内最高可达11.1 dBi。     

AMM cladding fiber for coupled plasmonic propagation and core guidance

Dual effect of surface plasmon propagation and classical core guidance is made possible in this work with the integration of metamaterial in a fiber. Here, the alternate layers of \(\hbox {TiO}_{2}\) and Ag form anisotropic metamaterial that helps in plasmonic propagation. The designed fiber with the proposed metamaterial as a cladding supports both normal core guidance and surface guidance at different wavelength based on their anisotropy. Parameters such as dispersion and confinement loss are analyzed at different wavelength. Simulation results are obtained to confirm the proper propagation of modes.     

基于SPP的1550纳米光波导的超长传输特性

采用严格电磁理论研究了介质-金属-介质型光波导激发表面等离子激元(SPPs)的电磁特性,对比分析了SPP波在SiO2/Ag/SiO2和Si/Ag/Si光波导的传输距离。研究表明,对于1550nm光通信波长入射光及10nm厚的金属银膜层,SiO2/Ag/SiO2光波导中非对称SPP的传输距离可达40cm,明显高于对称SPP波的传输距离,也显著高于非对称SPP波在Si/Ag/Si波导中的传输距离,具有超长传输距离;随着金属层厚度的增加SPP波的传输距离明显减小,当银层厚度超过50nm后,非对称的SPP在SiO2/Ag/SiO2及Si/Ag/Si波导中的传输距离趋于一致,约为200nm;此时银层厚度变化对SPP波传输距离的影响明显减弱。     

渐变结构仿表面等离子体太赫兹传输线研究

本文利用有限元方法对圆柱开槽仿表面等离子体太赫兹(Terahertz,THz)传输线进行了详细的数值模拟研究,提出了一种尺寸渐变的仿表面等离子体THz传输线结构,发现在金属线上沿轴向构造渐深渐宽槽有利于将场能量最大程度地限制在导体表面,且能够汇聚电磁波,使得传输线表面波在传输过程中得到增强.研究结果将利于THz传输、近场成像、光谱和传感等应用.     

亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子体影响

从理论上详细研究了一维亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子的影响。分别对一维标准亚波长金属光栅和缺陷亚波长金属光栅进行了研究。电场分布情况采用了COMSOL软件进行模拟。得到的结论是:对于一维标准亚波长金属光栅,沿金属光栅传播的表面等离子体取决于槽深度,较深的槽具有更强的束缚能力;对于具有缺陷的光栅结构,电场强度的分布特点取决于缺陷槽的深度,这归功于缺陷槽对光的反射和散射。基于这一理论研究,这两种不同的亚波长金属光栅结构能为太赫兹器件如波导、衰减器及滤波器发展提供新的途征。     

具有高模场限制的异质纳米棒结构波导(英文)

现代光学及纳米光学的一个主要发展趋势是从理论和实验两方面探究用于突破传统衍射极限的亚波长级别的电磁波波导结构。表面等离子激源提供了解决此问题的有效突破口。文中根据异质波导结构的耦合以及锲型波导的表面等离子激发理论,提出了异质纳米棒结构波导,该结构具有非常高的模场限制能力,对其传输的模式理论上可实现亚波长级别的限制能力。文中主要对此结构进行了数值仿真,分析了该波导结构的能量以及传输损耗,其结果表明该结构的模场限制能力可达到衍射极限的1/500,而且通过调整结构参数,将模场的传输距离延长到毫米级别。