太赫兹人工表面等离激元波的聚焦与放大研究

通过在金属线表面刻蚀周期性凹槽来构造一种新颖的平滑渐变结构,可将传统同轴波导支持的导行电磁波转换为沿金属线表面高效传播的人工表面等离激元波.数值仿真和实验比对结果验证了文中设计结构的宽带和高效转换效能.在此基础上,又构造了一种渐变锥形周期性金属结构,实现了太赫兹频段电磁波的场强聚焦与放大.     

基于人工表面等离激元的小型化微波器件研究进展

人工表面等离激元（Spoof Surface Palsmon Polaritons, SSPP）是由入射电磁波与电磁媒质相互作用,导致媒质表面电子发生集体振荡,所产生的一种表面混合电磁模式,具有波动与粒子的双重性质. 在空气一侧,SSPP表现出波动的性质,以电磁波的形式沿媒质界面纵向传输,而在界面法向,场以指数函数衰减;在电磁媒质一侧,SSPP表现为群电子振荡的性质,在法向,场依然按照指数函数衰减;并且,群电子振荡的振幅略小于电磁波波动的振幅. 因此,SSPP具有诸多奇特的电磁性质,如场局域特性,深亚波长特性,以及非线性频率色散特性,等等,在微波电路设计、天线设计、隐身材料与隐身结构设计、电子对抗等领域都具有非常重要的应用价值. 文章主要综述了SSPP在小型化微波器件方面的研究进展,包括微波集成电路、滤波器、环形器、传感器、天线、涡旋波发生器等等,为小型化微波器件设计与应用提供借鉴.       

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。     

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.     

太赫兹表面等离激元的研发与应用

表面等离激元的研究推动了超分辨成像、高灵敏传感、片上集成系统等应用的发展。将其应用在太赫兹这一高穿透性、高带宽波段时必然会带来更多迷人的功能。由于太赫兹波段频率较低,表面等离激元具有许多不同于可见光的现象。通过控制金属表面微纳结构或半导体材料与太赫兹波之间的相互作用,人们实现了对太赫兹波表面波的控制。本文综述了太赫兹波段表面等离激元的基本原理和研究历程,介绍了近年来在此波段开展的热门研究成果,如波前整型、片上波导、可调谐器件等,最后总结了这一领域的发展瓶颈并展望了未来主要发展方向,希望能够进一步推动太赫兹波段表面等离激元应用的发展。     

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。     

人工表面等离激元及其在微波频段的应用

在微波频段采用超薄锯齿状金属条带可实现人工表面等离激元,将电磁场能量束缚在亚波长区域内传播。该文分析了人工表面等离激元特有的高束缚、低损耗、可调控等优点,研究了人工表面等离激元波导作为一种新型的高性能传输线在微波电路中的应用价值和发展现状,探讨了这一技术的发展方向和前景。     

单椭圆太赫兹金属线表面等离激元的特性研究

使用有限元方法(FEM)分析了椭圆柱形金属线在0.5THz太赫兹波下的表面等离激元的特性。这种场与圆柱形金属线表面等离激元类似,具有低损耗、低色散的特性。研究结果表明,随着长轴与短轴比值的增加,椭圆柱形金属线的场逐渐分裂开并越来越向椭圆的两个尖端区域集中,损耗也一直在显著减小,故传播距离始终在增大。由于这些特性,椭圆形横截面金属线适用于太赫兹波导、聚焦以及成像等领域。     

太赫兹表面等离激元及其应用

金属或半导体与介质分界面上的电子与光子互作用形成的光学表面等离激元(SPP)以及人工超构材料或二维原子晶体材料表面上的电子与太赫兹波或微波互作用形成的人工表面等离激元(SSP)是小型化与集成化太赫兹有源/无源器件和太赫兹超分辨率成像的重要物理基础.随着太赫兹科学技术的发展,太赫兹表面等离激元研究在国际上受到很大关注.本...     

基于人工表面等离激元的半模间隙波导带通滤波器北大核心CSCD

本文设计出一种带宽可控的带通滤波器,将人工表面等离激元（spoof surface plasmon polaritons, SSPPs）引入半模槽间隙波导（half-mode groove gap waveguide, HMGGW）结构。在所提出的模型中,人工表面等离激元的低通特性和半模槽间隙波导的阻带特性相结合,可以实现带通特性。通带的上截止频率可由SSPP单元的长度来调节,通带的下截止频率可由半模槽间隙波导的高度进行调节。本文所设计的模型,通带范围为19.4～26.7GHz,相对带宽为31.7%,该模型结构简单,制造方便。     

基于表面等离激元的光学氢气传感技术

综述了基于表面等离激元(surface plasmon, SP)的光学氢气传感技术的研究进展,重点介绍了两种基于SP的测量方法,即局域表面等离激元共振法(localized surface plasmon resonance, LSPR)和表面等离激元共振法(surface plasmon resonance, SPR),继而阐述了基于这两种原理的传感器的测量方法、传感结构和传感特性。此外,回顾了现有的各种不同的光学氢气传感器,并介绍了它们各自存在的优/劣势。最后,强调了未来基于SP的光学氢气传感器的发展方向和重要挑战,如具备特异性和稳定性的特殊材料、不断发展与应用的新型纳米结构以及可以适应未来需求的多点式传感。     

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.     

基于人工表面等离激元的宽带漏波天线

为了解决漏波天线带宽有限和整体尺寸较大的问题,文章提出了一种新型宽带漏波天线。该天线由人工表面等离激元传输线和非对称圆形贴片组成,其工作频段为7~15 GHz（相对带宽为72.73%）,能够从后向至前向连续波束扫描,波束扫描角度为69°,同时具有稳定的高辐射增益。该天线的最大仿真增益达到13.1 dBi,测试增益波动仅为1.64 dB,测试结果与仿真结果吻合较好。文章所提宽带漏波天线具有结构简单、性能稳定且易于加工的优点。此外,天线的整体尺寸较小,更有利于无线通信系统的集成。     

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。     

基于太赫兹等离激元的半导体表面生化薄膜光谱检测

我们提出了一种利用太赫兹表面等离激元对放置在半导体表面的生化薄膜进行光谱测量的新方法。我们从理论上证明了半导体材料对其上传输的太赫兹表面等离子体波具有较强的表面束缚性,从而提高太赫兹波与半导体表面的生化薄膜之间的相互作用。通过采用太赫兹时域光谱测量系统,我们从实验上分别得到了洋葱表皮的太赫兹表面等离子体波和自由空间太赫兹波透射波谱。实验结果表明,当测量对象是厚度仅为自由空间太赫兹波波长的约百分之一的单层洋葱表皮时,表面等离子体波的透射波谱与自由空间太赫兹波透射波谱相比具有更加多的特征吸收峰。     

基于人工局域表面等离激元的液晶微波介电常数测量传感器

液晶材料在微波频段具有良好的调制特性,在微波可调谐器件领域具有巨大的应用潜力。本文针对液晶材料微波介电常数的测量需求,提出了一种基于人工局域表面等离激元谐振的传感器。通过设计环形谐振器结构,在sub-6GHz频段形成局域表面等离激元窄带谐振峰。通过给液晶施加外加电场,能够实现对液晶介电常数的调控。通过谐振频点位置的拟合,能够得到对应的液晶的介电常数大小,从而实现液晶材料在微波频段的介电常数的测量。本文研究了不同液晶层厚度、不同液晶介电常数对人工局域表面等离激元谐振频点的影响。随着液晶层厚度增加或者液晶介电常数的减小,谐振频点f₁和f₂都逐渐增大。当液晶层厚度大于或等于0.5mm时,谐振频点f₁和f₂随介电常数的变化具有良好的线性度,且具有高灵敏度（>400MHz/Δε）,远大于基于目前报道的其他形式介电常数传感器。同时,本传感器结构可以在液晶层上下施加电场,从而实现在不同外加电场作用下液晶材料微波介电常数的测量,在液晶微波特性研究领域具有应用潜力。     

太赫兹表面等离激元共振传感器探讨

太赫兹表面等离激元共振传感器,在生物科学以及医学领域中的应用比较广泛,本文主要通过对于经过棱镜耦合的太赫兹表面等离激元共振传感器工作特性的分析,实现对于太赫兹表面等离激元共振传感器的分析探讨。     

基于表面等离激元的谐振腔侧面耦合MDM结构波导滤波器色散关系及透射谱

研究了一类L形和矩形谐振腔侧面耦合MDM结构亚波长表面等离激元滤波器的色散关系和透射谱。研究结果表明等效折射率的实部和虚部在短波部分变化较大,在长波部分（800 nm-2000 nm）趋于稳定值,传播距离随着波长的增加和介质层厚度的增加均增加,当波导宽度在50 nm以上时,SPPs的传播距离在所研究的波长范围为4-9 um,可以满足纳米光子器件的尺寸要求;通过对侧面 型谐振腔和矩形谐振腔耦合的透射谱研究表明在保持腔体总长度不变的情况下,两种耦合方式所产生的光谱曲线完全相似,说明禁带的出现只与谐振腔的长度有关系,对集成光子器件的研发具有一定的参考意义。     

基于结构诱导人工表面等离激元的宽带低耦合电路北大核心CSCD

实现超宽带传输和超高集成度设计是微波和太赫兹电路发展的终极目标。针对以上目标,本文提出了结构诱导人工表面等离激元的概念。基于此设计并验证了具有超高局附性和超小传输常数的结构诱导人工表面等离激元电路结构,打破了传统人工表面等离激元电路对传输常数和衰减常数的限制。理论分析和数值验证表明,相较于经典人工表面等离激元,具备优异的场局附性和传输特性的结构诱导人工表面等离激元具有明显的弱色散和低耦合特性,在电路设计中可以有效减少宽带信号传输的色散失真,同时提高布线密度。