一種增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號傳輸技術，特別涉及一種增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法。
【背景技術】
[0002]表面等離子體激元是一種由電子或者光波激發(fā)的電磁表面波，它在表面處場強最大，在垂直于表面方向成指數(shù)衰減。由于其具有超聚焦，電磁誘導透明，突破衍射極限的潛能，近幾十年來成為納米光電子學科的一個重要的研究方向，并受到了包括材料學，化學，物理學，生物學等多領域的極大關注。
[0003]金屬表面等離子體激元雖然在近紅外和可見光區(qū)域十分常見，但因為金屬在頻率較低的頻段如微波、太赫茲波等，金屬表現(xiàn)出更強的金屬性而非介質(zhì)的特性，所以在此類頻段不存在天然的表面等離子體激元。
[0004]近些年，借助超材料技術(通常為在金屬表面刻蝕周期性亞波長槽)的發(fā)展，能夠在單根金屬線上實現(xiàn)類似于表面等離子體的傳輸，由于超材料技術并不是天然存在的材料，因此基于該種技術產(chǎn)生的表面波稱之為偽表面等離子體激元。最早關于偽表面等離子體激元的研究可以追溯到20世紀50年代Goubau (高寶)對于單根金屬線傳輸微波頻段電磁波的研究。但是由于缺乏有效用于波矢匹配的結構，因此限制了偽表面等離子體激元在微波以及太赫茲頻段的應用。近年來，在柔軟超薄襯底上的平面槽型高寶線被制造出來。這種共面波導結構能夠?qū)蕶M電磁波高效地轉換為偽表面等離子體激元，這種結構在集成化以及應用方面具有無與倫比的優(yōu)勢。
[0005]傳統(tǒng)的柔軟超薄平面槽型高寶線對其傳輸帶寬有一定的限制，通常只能通過改變槽的深度來增加帶寬?？涛g，隨著槽深改變，波矢匹配的效果以及準橫電磁波變?yōu)閭伪砻娴入x子體激元的轉換效率都會隨之變化，使得通帶的透過率下降。目前還沒有能既不影響已有帶寬透過率，也能提升通帶頻率范圍的有效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是針對目前傳統(tǒng)的基于偽表面等離子體的槽型高寶傳輸線無法在不改變槽深，不影響已有帶寬透過率的情況下提升偽表面等離子體激元帶寬的問題，提出了一種增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法，在槽型高寶線的基礎上，通過設計不同的平面槽結構，在不影響高寶線透過率的情況下，增加傳統(tǒng)槽型高寶線的傳輸帶寬。
[0007]本發(fā)明的技術方案為:一種增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法，具體包括如下步驟:
1)先在聚合物或耐火材料襯底平面上進行結構圖形的刻畫；然后使用金屬鍍膜技術在刻畫好的襯底鏤空圖形基礎上進行印刷金屬膜，形成偽表面等離子體激元結構；
2)偽表面等離子體激元結構依次包括端口結構、轉換結構和槽型高寶線，端口結構為共面波導結構，傳輸信號線為居中金屬膜，兩側金屬膜為提供電磁波能量返回回路的地線金屬板，整個端口結構阻值為50Ω ;轉換結構由中間逐漸增大深度的槽型信號線和兩邊平面喇叭開口的地線平面金屬板構成；槽型高寶線為單根同深度的三角槽或等腰梯形槽結構金屬線構成，與轉換結構的信號線連接。
[0008]所述轉換結構中的槽型與槽型高寶線中的槽型相同，為三角槽或等腰梯形槽結構。
[0009]所述信號線和地線與槽型高寶線選用相同的金，銀或銅材料。
[0010]所述偽表面等離子體激元結構適用于傳播微波K,頻段至E頻段局域電磁波能量。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法，有別于傳統(tǒng)的柔軟超薄平面槽型高寶線，能在不改變最大槽深，以及不改變共面波導與偽表面等離子體的轉換效率的情況下，通過改變槽的形狀增加偽表面等離子體的傳輸帶寬。實際設計過程中，該方法對于微波與太赫茲波頻段都適用。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明偽表面等離子體激元結構示意圖；
圖2為本發(fā)明偽表面等離子體激元結構中槽結構比較示意圖；
圖3為本發(fā)明偽表面等離子體激元結構中三種槽結構的測試結果圖。
【具體實施方式】
[0013]—種增加槽型高寶傳輸線傳輸帶寬的方法，在具有相同的共面波導，相同橫電磁波轉換偽表面等離子體激元結構的槽型高寶線的基礎上，通過設計不同的平面槽結構，在不影響既有偽表面等離子體傳輸效率的情況下，增加傳統(tǒng)偽表面等離子體的傳輸帶寬。
[0014]本發(fā)明使用光刻技術，先在聚合物或耐火材料襯底平面上進行結構圖形的刻畫；然后使用金屬鍍膜技術在刻畫好的襯底鏤空圖形基礎上進行印刷金屬膜，形成偽表面等離子體激元結構。如圖1所示偽表面等離子體激元結構示意圖。整個結構分為三個部分設計:
I:端口設計為共面波導結構，傳輸信號線為居中金屬膜，兩側金屬膜為提供電磁波能量返回回路的地線金屬板，整個端口設計阻值為50 Ω，方便與矢量網(wǎng)絡分析儀對接，圖1中為共面波導所支持的對稱準橫電磁波模式；
I1:轉換結構由中間逐漸增大深度的槽型信號線和兩邊平面喇叭開口的地線平面金屬板構成。槽線與端口的傳輸信號線連接，兩邊喇叭口分別與端口的兩側的地線連接。
[0015]II1:槽型高寶線設計為單根同深度槽型金屬線構成。圖1為其中一種梯形槽槽型設計結構示意圖。
[0016]將圖2 (b)梯形槽的設計或圖2 (c)三角槽的設計，替換傳統(tǒng)柔軟超薄平面槽型高寶線中的如圖2 (a)所示方形槽(包括轉換結構在內(nèi)的所有槽的形狀)，通過矢量網(wǎng)絡分析儀測試S參數(shù)，對比圖3結果，可以得知梯形槽結構的傳輸帶寬在方形槽帶寬基礎上增加8%的帶寬，三角槽結構的傳輸帶寬在方形槽帶寬基礎上增加26%的帶寬。本發(fā)明更改槽型結構后不影響偽表面等離子體傳輸效率，該方法做出的不同結構透過率均大于_5dB。
[0017]所述信號線和地線與槽型高寶線選用相同的金，銀或銅材料。
[0018]所述轉換結構為地線金屬板漸開，信號線上出現(xiàn)槽深線性增長的平面槽結構。
[0019]所述槽型高寶線由單根同深度的三角槽，或等腰梯形槽結構金屬線構成。
[0020]所述偽表面等離子體激元結構適用于傳播微波K,頻段至E頻段局域電磁波能量。
【主權項】
1.一種增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 1)先在聚合物或耐火材料襯底平面上進行結構圖形的刻畫；然后使用金屬鍍膜技術在刻畫好的襯底鏤空圖形基礎上進行印刷金屬膜，形成偽表面等離子體激元結構； 2)偽表面等離子體激元結構依次包括端口結構、轉換結構和槽型高寶線，端口結構為共面波導結構，傳輸信號線為居中金屬膜，兩側金屬膜為提供電磁波能量返回回路的地線金屬板，整個端口結構阻值為50Ω ;轉換結構由中間逐漸增大深度的槽型信號線和兩邊平面喇叭開口的地線平面金屬板構成；槽型高寶線為單根同深度的三角槽或等腰梯形槽結構金屬線構成，與轉換結構的信號線連接。2.根據(jù)權利要求1所述增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法，其特征在于，所述轉換結構中的槽型與槽型高寶線中的槽型相同，為三角槽或等腰梯形槽結構。3.根據(jù)權利要求2所述增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法，其特征在于，所述信號線和地線與槽型高寶線選用相同的金，銀或銅材料。4.根據(jù)權利要求1至3中任意一所述增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法，其特征在于，所述偽表面等離子體激元結構適用于傳播微波K,頻段至E頻段局域電磁波能量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種增加偽表面等離子體傳輸帶寬的方法，先在聚合物或耐火材料襯底平面上進行結構圖形的刻畫；然后使用金屬鍍膜技術在刻畫好的襯底鏤空圖形基礎上進行印刷金屬膜，形成偽表面等離子體激元結構；偽表面等離子體激元結構依次包括端口結構、轉換結構和槽型高寶線，端口結構為共面波導結構，傳輸信號線為居中金屬膜，兩側金屬膜為提供電磁波能量返回回路的地線金屬板；轉換結構由中間逐漸增大深度的槽型信號線和兩邊平面喇叭開口的地線平面金屬板構成；槽型高寶線為單根同深度的三角槽或等腰梯形槽結構金屬線構成，與轉換結構的信號線連接。在不改變共面波導與偽表面等離子體的轉換效率，不影響高寶線透過率的同時，增加槽型高寶線的傳輸帶寬。
【IPC分類】H01P11/00
【公開號】CN105428774
【申請?zhí)枴緾N201510960199
【發(fā)明人】韋鵬, 郭旭光, 朱亦鳴, 彭滟, 時鵬程, 王一喬, 莊松林
【申請人】上海理工大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月21日