人工表面等离子体结构的研究及应用

• 作 者: 周亮
• 出 处: 桂林电子科技大学
• 发表日期: 2015年01期
• 关键词: 人工表面等离子体 周期结构 超薄光栅 双频带 功能器件

人工表面等离子体激元(SSPPs)是光波段中表面等离子体激元在微波和太赫兹波段的一个重要拓展,它本质上是一种被金属表面周期性凹槽或者孔约束和传播的表面电磁模式。由于SSPPs诸多的优良特性,近些年引起了许多国内外学者的关注。基于此,本文对超薄型人工表面等离子体结构进行了深入研究。首先我们对超薄金属单光栅作为SSPPs波导进行了分析,发现单光栅在引导SSPPs传输时传输损耗较大,进而双光栅结构的SSPPs波导被提出用来解决该问题。本文分别从色散关系、传播特性、模式分布的角度对双光栅结构作为SSPPs波导进行了深入的研究。结果表明,光栅的凹槽深度与基板的介电常数对SSPPs波的截止频率影响较为明显,并且研究发现双光栅结构所支持的电磁模式主模为奇模SSPPs波。随后,本文对复合周期结构的超薄金属光栅进行了研究和分析,发现复合周期光栅结构作为SSPPs波导时能够支持双波段的SSPPs波传输。基于奇模SSPPs波的电场分布特性,文中设计了两种用于双光栅的SSPPs波激励装置:一种微带线馈电的SSPPs波激励装置;一种共面波导馈电的SSPPs波激励装置。实验测试结果证实了该激励装置能够有效地激励起双光栅里的奇模SSPPs波。两种激励装置各具有不同特点,分别适用于不同场合。结合双光栅和激励装置,本文设计了两种直波导结构的SSPPs滤波器,一种900弯曲结构的滤波器,一种复合周期双光栅的双频带SSPPs滤波器。最后介绍了前人研究的H型人工表面等离子体结构,并在此基础上结合复合H型SSPPs结构设计了一款SSPPs功分器。实验测试结果证明了这几种功能器件都具有优秀的性能。这为SSPPs从理论研究走向实际应用奠定了一定的基础。