[发明专利]基于复合周期结构的平面双波段表面等离激元波导

说明书

技术领域

本发明涉及一种波导结构，尤其涉及一种印制在柔性超薄介质薄膜上的、厚度接近于零的、基于复合周期结构的平面双波段表面等离激元波导，属于通信、集成电路和表面波技术领域。

背景技术

人工表面等离子激元不受衍射极限的限制，因而可用于构造小型化器件，在表面技术以及集成电路等方面有重要应用。现有的人工表面等离激元波导，是采用有限厚的单周期结构，不利于集成和小型化。我们利用一种简单的方法，通过在超薄金属表面上设计凹槽深度交替出现的复合周期光栅结构来传输双波段表面等离激元。同时，通过调整深凹槽和浅凹槽的深度，改变双波段的传输频率。该类器件加工方便，易于集成，弯曲损耗小，且在两个波段内都具有较高传输效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种印制在柔性超薄介质薄膜上的、厚度接近于零的、基于复合周期结构的平面双波段表面等离激元波导。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于复合周期结构的平面双波段表面等离激元波导，包括印制在柔性介质上的、相切连接的复合周期直金属光栅结构和复合周期圆弧金属光栅结构，所述复合周期直金属光栅结构和复合周期圆弧金属光栅结构的相同一侧交错设置有一排深凹槽A和浅凹槽B；所述复合周期直金属光栅结构和复合周期圆弧金属光栅结构其中一个作为波导的输入端、另一个作为波导的输出端，所述输入端的前侧设置有金属导线，所述金属导线作为馈源用于激励输入端上的双波段表面波；所述复合周期直金属光栅结构用于实现双波段表面波的直线传播，所述复合周期圆弧金属光栅结构用于实现双波段表面波的曲线传播。

上述结构的波导中，所有深凹槽A的宽度和深度相同，所有浅凹槽B的宽度和深度相同；以深凹槽A和浅凹槽B的深度、宽度、间距（即周期）、以及复合周期圆弧金属光栅结构的半径和弧度等作为基本参数，可以改变双波段的色散曲线，设计满足工作频率的双波段金属光栅结构，利用周期性深凹槽A和周期性浅凹槽B分别对不同波段的表面场耦合，实现双波段传输功能。

优选的，所述光栅结构中，所有深凹槽A的周期相同，所有浅凹槽B的周期相同；当然还可以同时设计深凹槽A和浅凹槽B的周期相等。

优选的，所述金属导线为外伸的同轴线内导体。

上述结构的波导，可以工作在微波频段，通过合理调节深凹槽A和浅凹槽B的深度、宽度、间距（即周期）、以及复合周期圆弧金属光栅结构的半径和弧度等基本参数可以改变双波段表面波的色散曲线，设计满足工作频率需求的双波段表面波；通过复合周期直金属光栅结构实现双波段表面波的直线传播，通过复合周期圆弧金属光栅结构实现双波段表面波的曲线传播；利用外伸的同轴线内导体作为金属线来激励输入端上的双波段表面波。

有益效果：本发明提供的基于复合周期结构的平面双波段表面等离激元波导，具有如下优点：1）首次在微波段实现基于基于复合周期结构的超薄柔性薄膜的等离子直波导和弯波导；2）可以将两个波段的表面波同时束缚在金属带周围的深度亚波长尺寸中，实现双波段高效传输；3）传输的双波段都对应单周期光栅结构中的主模，光栅结构对两个波段的场都具有较强的束缚能力；4）弯曲损耗小，结构简单，能实现各种弯曲损耗小的双波段弯曲波导，且便于集成；5）通过对基本参数的改变，能够适应与微波、毫米波和太赫兹波段。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为复合周期直金属光栅结构的色散曲线；

图3为复合周期直金属光栅结构的两个频段的模式场分布，其中图3(a)为低频段模式场，图3(b)为高频段模式场；

图4为复合周期直金属光栅结构的近场仿真和实验测试图，其中图4(a)为5.2GHz的仿真图，图4(b)为11GHz的仿真图，图4(c)为5.2GHz的实验测试图，图4(d)为11GHz的实验测试图；

图5为复合周期圆弧金属光栅结构的近场仿真图，其中图5(a)为5.2GHz的仿真图，图5(b)为10.2GHz的仿真图；

图6为复合周期圆弧金属光栅结构的不同弧度时两个波段的弯曲损耗图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。