人工表面等离子体结构的研究及应用

发布时间：2018-06-21 14:36

  本文选题：人工表面等离子体 + 周期结构　； 参考：《桂林电子科技大学》2015年硕士论文

【摘要】：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。
[Abstract]:Artificial surface plasmon excitation (SSPPs) is an important extension of surface plasmon in the microwave and terahertz bands in the light wave band. It is essentially a surface electromagnetic mode confined and propagated by periodic grooves or holes on the surface of metal. Due to the excellent characteristics of SSPPs, many scholars at home and abroad have paid close attention to them in recent years. Based on this, the structure of ultra thin artificial surface plasma is studied in detail. First, we analyze the ultra-thin metal single grating as the SSPPs waveguide, and find that the single grating has a high transmission loss when guiding the SSPPs, and then the double-grating SSPPs waveguide is proposed to solve this problem. In this paper, the structure of double gratings as SSPPs waveguides is studied in terms of dispersion relation, propagation characteristics and mode distribution. The results show that the depth of grooves and the dielectric constant of the substrate have obvious effects on the cut-off frequency of SSPPs waves, and it is found that the main mode of electromagnetic modes supported by the double grating structure is singularly mode SSPPs waves. Then, the ultra-thin metal grating with composite periodic structure is studied and analyzed. It is found that the composite periodic grating structure can support the propagation of SSPPs waves in two bands when it is used as a SSPPs waveguide. Based on the electric field characteristics of odd-mode SSPPs waves, two kinds of SSPPs wave exciters for double gratings are designed: a microstrip line-fed SSPPs wave excitation device and a coplanar waveguide SSPPs wave excitation device. The experimental results show that the exciter can excite odd-mode SSPPs waves in double gratings effectively. The two kinds of excitation devices have different characteristics and are suitable for different occasions. In this paper, two kinds of SSPPs filters with straight waveguide structure, one filter with 900 bending structure and one kind of double frequency band SSPPs filter with compound periodic double gratings are designed by combining double gratings and exciters. Finally, the structure of H-type artificial surface plasma is introduced, and a SSPPs power divider is designed based on the composite H-type SSPPs structure. The experimental results show that these functional devices have excellent performance. This lays a foundation for SSPPs from theoretical research to practical application.
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN713;TN25

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本文编号：2049061