[实用新型]一种基于表面波光子晶体的开放式法布里佩罗谐振腔

说明书

技术领域

本实用新型属于等离子体法布里佩罗谐振腔领域，具体涉及一种基于表面波光子晶体的开放式法布里佩罗谐振腔。

背景技术

法布里佩罗谐振腔是一种由两块反射板组成的谐振腔，电磁波在两块反射板之间多次反射形成驻波。

表面等离子体激元(surface plasmon polaritons，简称SPPs)是一种存在于光学波段沿金属与介质交界面的光子与电子的混合激发态。表面等离子体激元不仅拥有突破衍射极限的亚波长自约束，而且可以像电磁波一样在金属表面传播，非常有希望作为未来高集成度、超小型化太赫兹和光学集成电路系统的信息载体。

现有的等离子体法布里佩罗谐振腔是一种长的金属纳米线，表面等离子体在纳米线上传播并在其两端产生反射形成谐振。或者在微波太赫兹波段是一段有限长的人工表面等离子体波导，也会在两端形成反射而产生谐振。因为现有的等离子体法布里佩罗谐振腔是放置在空气中，所以不仅会在在谐振腔的两端产生严重的散射，而且表面等离体的约束不强，这样就造成现有的法布里佩罗谐振腔的品质因数很低。而且现有的法布里佩罗谐振腔一旦加工完成，它的谐振频率和谐振模式的数目是不可调的，这极大的限制了它的应用。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供了一种基于表面波光子晶体的新型开放式法布里佩罗谐振腔。

基于表面波光子晶体的开放式法布里佩罗谐振腔，其为在金属表面上周期性金属柱状结构构成的表面波光子晶体中通过降低部分金属柱柱高形成的谐振腔，所述金属柱与柱之间的距离相等，且该距离小于表面波工作波长的二分之一；所述谐振腔的谐振频率处在周围较高金属柱组成的表面波光子晶体的禁带之内；所述降低高度后的金属柱高度相同。

优选的，所述的被降低高度的金属柱为连续排列的金属柱，被降低高度的金属柱构成谐振腔。连续排列的金属柱可以构成线形结构、块状结构或任意其它形状的结构。连续排列是指被降低柱高的金属柱至少一个方向与其它被降低柱高的金属柱邻接，而不被较高金属柱完全包围。

优选的，所述的被降低高度的金属柱均位于表面波光子晶体内部。

优选的，所述的被降低高度的金属柱呈直线排列。

优选的，所述的被降低高度的金属柱呈曲线或折线排列。

优选的，所述的被降低高度的金属柱呈无弯曲半径的90°折线排列。

本实用新型设计的开放式法布里佩罗谐振腔，和传统的谐振腔相比，该谐振腔的模式数目和谐振频率均可以通过改变缺陷金属柱的数目来调节，在微波太赫兹集成电路中有重要应用。

本实用新型设计的开放式谐振腔是由基于表面波光子晶体的禁带形成的，所以相比于传统法布里佩罗谐振腔有更高的品质因数，可以提高环境介质折射率探测的灵敏度。

附图说明

图1为基于表面波光子晶体的开放式法布里佩罗谐振腔的结构示意图；

图2(a)由七个缺陷金属柱组成的法布里佩罗谐振腔实验装置示意图；图2(b)为开放式法布里佩罗谐振腔的近场谐振频谱；图2(c)为开放式法布里佩罗谐振腔所支持的七个谐振模式的电场分布图；

图3(a)由三个缺陷金属柱组成的开放式法布里佩罗谐振腔的近场谐振频谱；图3(b) 为该开放式法布里佩罗谐振腔所支持的三个谐振模式；图3(c)该开放式法布里佩罗谐振腔所支持的三个谐振模式的电场分布图。

具体实施方式

本实用新型所设计的基于表面波光子晶体的开放式法布里佩罗谐振腔如图1所示，在金属平面上周期性金属柱状结构构成的表面波光子晶体中通过降低部分金属柱子高度来形成谐振腔。金属圆柱的高度为H＝5mm，半径r＝1.25mm，周期为d＝5mm，通过本征模式分析可以得到该表面波光子晶体在12.6GHz到27GHz存在一个表面波光子禁带。为了在此表面波光子晶体上设计法布里佩罗谐振腔，我们把其中数根金属柱的高度从H＝5mm降低到 h＝4.3mm，这样由较短的金属柱组成的谐振腔的谐振频率正好处在周围较长金属柱组成的表面波光子晶体的禁带之内。

实验装置如图2(a)所示，我们用一根单极子天线作为激发源来激发该谐振腔，用另一个单极子天线作为探针来探测该谐振腔的近场频谱。该谐振腔的缺陷金属柱数目为N＝7，其近场频谱如图2(b)所示，可以看到在周围表面波光子晶体禁带内总共有七个谐振模式。频率从低到高分别为M0，M1，M2，M3，M4，M5，M6。利用微波近场成像系统我们扫描出该七个谐振模式的电场分布图，如图2(c)所示。我们可以看到它们的模式是标准的法布里佩罗谐振腔模式。

通过调整该谐振腔的缺陷金属柱的数目，我们不仅可以调节同一谐振模式的谐振频率，还可以调节谐振腔模式的总数目。如图3(a)所示，当我们把构成谐振腔的缺陷金属柱数目减少到N＝3时，我们在周围光子晶体禁带之内只能观测到3个谐振模式，如图3(b)所示。其对应的电场分布图如图3(c)所示，频率从低到高分别为M0，M1，M2。其中M0模式的谐振频率从N＝7的12.65GHz升高为N＝3的12.94GHz。