人工表面等离激元带阻滤波器研究

发布时间：2019-09-13 04:10

【摘要】：在微波、毫米波以及太赫兹波频段范围内,人工表面等离激元能够在结构化的金属条带结构表面进行传输,并且具有类表面等离激元的电磁特性,在集成化功能器件、高密度集成线路等领域将会具有非常广阔的应用前景。在本文中,我们首先对金属条带结构上人工表面等离激元传输特性进行了分析,然后在该传输结构基础上,通过引入开口谐振环以及变容二极管,我们设计了多种滤波器结构,并且从仿真、实验以及理论三个方面对其进行了分析,主要内容包括以下三项:我们先简单的介绍了表面等离激元和人工表面等离激元的研究现状及其应用。人工表面等离激元具有吸收和选择性光散射以及电场增强、远程传播、局域电场束缚等特性,这些特性使得其在能源、化学、材料以及生物等领域具有很多重要的应用前景。在介绍过人工表面等离激元之后,我们介绍了一种人工表面等离激元的传输结构,分析了该结构参数对色散特性的影响和分析了结构的传输特性,由仿真结果分析可知,表面电磁波的色散关系对于设计结构高度h比较敏感,而对金属结构厚度L和槽宽w都不够敏感,并且通过实验与仿真研究发现该传输结构具有很好的传输特性。我们对由单元结构构建传输结构进行了传输特性分析,由仿真结果可知,在我们所研究的频带内,该传输结构能够将电磁波束缚在表面,并且所形成的表面等离激元具有远距离传输的优良特性;然后,我们又设计了一种将导波转换为表面等离激元的耦合结构,该耦合结构帮助实现从导波到表面等离激元的高效转换。最后,我们通过引入不同尺寸开口谐振环和加载变容二极管的谐振环,实现了人工表面等离激元带阻滤波以及可调带阻滤波的效果,并且通过实验验证了其滤波特性。研究发现通过调整谐振腔的尺寸可以实现多波段带阻滤波;通过在变容二极管两端加载电压可以快速调节滤波频率。我们所设计的人工表面等离激元带阻滤波器可应用于微波通信、光电集成电路以及光通信等领域。
【图文】：

表面等离激元,集体激发,介质界面,金属

硕士学位论文场（zx 平面上的电场 E，y 方向上的磁场）Hy 被极大的加强，如图 1--1（b）展示了介质内垂直方向的电场 Ez 以特征长度 δd 指数衰减，征长度 δm（趋肤深度）指数衰减。金属在光学频域下的行为如同具数的等离子体，所以在金属和空气界面上能够传播表面等离激元。表能够把高强度光限制在亚波长尺寸范围内[14-16]，在衍射极限和建立高子元件和电路具有重要作用，在近场显微镜、生物医学传感、光伏光子学等领域具有很大的应用潜力[16-22]。

示意图,表面等离激元,示意图,等离激元

for spoof surface plasmons on a structured surface人工表面等离激元具备的高束缚特性可用于抑制相邻传输线之间从而可以使得大规模电路中传输的信号保持完整性，不受到相邻传扰，最终解决邻间互耦问题与器件小型化之间的矛盾[34-48]。研究人结构的人工表面等离激元传输线，这种结构相比于单面传输结构，电磁场束缚在亚波长结构之间[44]。这种结构不仅能够突破传输低频，而且还能够实现高度场的局域化效果，能够使得邻间波导在深度有效的隔离。到目前为止，关于表面等离激元的研究，主要分为“传输型表面等局域型表面等离激元”这两大板块。传输型表面等离激元，一般也叫作表面等离极化激元，，是指沿着金面传输的、在传输垂直方向上呈指数型衰减的高度局域化电磁波,，XY 是其传输平面，沿着 z 方向场强呈指数型快速衰减。是一种自由电子振荡耦合产生的混合电磁模式。关于表面等离激元的激励像棱镜耦合、光栅耦合、强聚焦、近场激发等[12-16]。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN713

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