[发明专利]一种多频信号波参量放大的非线性人工SPP波导及计算方法

说明书

本发明提出了一种多频信号波参量放大的非线性人工SPP波导及计算方法，主要由介质基板、人工SPP结构和变容管构成，通过调控单元结构的色散曲线，实现在相位匹配条件下的信号波的放大。本发明通过在人工SPP波导中引入变容二极管，使其波导不仅具有电场增强的特性也具有非线性的特性，再通过调节加载在变容管上的电压，可重构的参量放大被实现。

技术领域

本发明涉及人工SPP波导技术领域，尤其是一种一种多频信号波参量放大的非线性人工SPP波导及计算方法。

背景技术

随着通信技术的发展，集成电路和芯片间的通信需要超快速，超紧凑的互连线。人工表面等离极化激元(SPPs)传输线提供了实现该目标的有效途径。由于人工SPPs的场增强作用，其传输线结构被研究，并且和传统的微带线相比，它具有低弯折损耗、抗干扰、低串扰和小型化等优势。为了更进一步发展人工SPP在通信中的应用技术，信号波在集成电路平台中的放大是必要的。但是如果直接把基于MOS管的放大器集成到人工SPP互连线上，将会导致SPP信号波的相位失真，并且还限制了SPP波的运行速度。为了解决SPP信号波放大的相位失真问题，我们将参量放大的概念引入到非线性人工SPP结构中。

发明内容

技术问题：为实现动态可调的人工SPP信号波的放大现象，本发明提供一种多频信号波参量放大的非线性人工SPP波导及计算方法，在人工SPP波导中加载变容二极管，通过改变变容管上的电压，获得泵浦波，信号波和闲频波三者之间的相位匹配，进而实现多频信号波参量放大。

技术方案：本发明的一种多频信号波参量放大的非线性人工SPP波导，包括介质基板、位于介质基板表面的人工SPP传输线、金属线、以及连接在人工SPP传输线和金属线之间的变容二极管；

人工SPP传输线为梳齿状金属结构，包括梳齿与梳齿连接线，梳齿位于梳齿连接线的同一侧，且与梳齿连接线垂直连接，所述金属线位于梳齿连接线的另一侧，与相邻梳齿之间的间隔相对应设置，金属线与梳齿连接线之间存在缝隙，金属线的一端通过变容二极管与梳齿连接线连接，金属线的另一端通过金属化过孔接地。

进一步的，改变加载在金属线和梳齿连接线之间的电容值得到泵浦波，信号波，和闲频波之间的相位匹配关系，即f_p＝f_s+f_i,k_p＝k_s+k_i，其中f_p，f_s，f_i分别对应为泵浦波，信号波，和闲频波的频率；k_p，k_s，k_i分别对应为泵浦波，信号波，和闲频波的相位常数。

一种多频信号波参量放大的计算方法，所述计算方法基于本发明的非线性人工SPP波导，通过改变加载在金属线和梳齿连接线之间的电容值，使得泵浦波、信号波、和闲频波对应的相位常数相匹配，激发多频信号波的放大，其放大增益G与非线性长度L和泵浦强度I_p之间的数值关系如下，

其中，a和c为不同的衰减系数，b＝k×I_p为增益系数，k为定值，k″_s为信号波的衰减系数，n＝a/c,I_n(·)和K_n(·)分别为第一类和第二类的第n阶贝塞尔修正函数。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优势：

1.本发明仅通过在人工SPP波导加载有源器件即可实现参量放大的产生，操作简单，节省空间，便于小型化。

2.本发明通过调节有源器件的电容值进而改变人工SPP波导的色散特性，实现在泵浦波频率不变的情况下多个的信号波与其相位匹配，进而实现可重构的参量放大器。

3.本发明解决了人工SPP信号波放大的相位失真问题。