基于赝表面等离激元技术的微波毫米波器件关键技术研究
发布时间：2021-03-23 08:59
通信技术是现代信息产业发展的关键技术之一。随着通信频段与通信速率的提升,微波毫米波器件作为通信系统的核心组成部分,呈现高集成度、小型化、多功能的特点,此外,随着集成度的不断提高,串扰、发热、量子效应涌现,如何突破这些技术瓶颈实现高集成、小型化,尤其在高频段下如何保证器件的性能与效率,是微波毫米波器件面临的极大挑战。而表面等离激元技术（SPP）这一新型技术的出现为克服这些挑战提供了另外一条发展之路。赝表面等离激元技术（SSPP）是在表面等离激元技术的基础上发展起来的新型技术,它为微波毫米波功能器件的设计提供了新的平台,使其同时具有电子器件的高集成、尺寸小,也具有光子器件的高速率、低串扰、低损耗。但基于SSPP的微波毫米波器件研究也存在各种各样的挑战需要克服,比如互连器件中表面波的群速度与衍射方向较难调制;波导弯曲损耗大;环偶极子响应谐振器体积大、辐射能量低;环偶极子响应只能单入射角度激发等问题。针对这些关键问题,本文作者利用能带色散调控方法研究SSPP结构对空间波和表面波的调制,设计高效率微波毫米波器件,本论文开展的研究内容如下:1. 针对环偶极子响应谐振器体积大、辐射能量低的问题,本文...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同频段下金属表面的表面波分析[6]
浙江大学博士学位论文第1章绪论5照模式的不同，可以分为传输型SSPP结构和局域型SSPP结构；根据结构拓扑的不同，可以分为一维、二维SSPP结构，根据作用对象的不同，可以分为表面波SSPP结构和空间波SSPP结构。本文主要研究传输型SSPP结构和局域型SSPP结构对表面波和空间波的电磁调控，同时探索它们在新一代微波毫米波集成电路中的应用。图1.2赝表面等离激元的不同分类。根据模式、结构拓扑、作用对象的不同对赝表面等离激元进行分类。1.2国内外研究现状与存在的问题1.2.1一维传输型赝表面等离激元结构研究在微波、太赫兹频段，一维传输型SSPP凭借紧凑的模场束缚能力，以及较低的传输损耗，主要用于实现集成电路中的波导、滤波器、分束器等器件。在微波频段，美国罗彻斯特理工大学的W.Zhao等人实验证明了一维的金属铝凹槽结构可以支持SSPP表面波的传播[15]，如图1.3（a）所示为加工的样品，图1.3（b）是通过微波近场扫描技术测量的场分布，可以发现能量基本都被束缚在金属表面，通过测量SSPP表面波的传播常数与频率的关系，可以得到SSPP的一维色散关系图，这是重要的SSPP研究方法与测量方法。基于此结构，研究者们后续实现
浙江大学博士学位论文第1章绪论6了耦合器、分束器、以及环形谐振器等器件[68]。美国犹他大学的W.Zhu等人在太赫兹频段设计了一维矩形凹槽型结构[16]，如图1.3（c）所示，通过传输测量结果提取该结构的等效参数，例如等效介电常数与等效磁导率，计算得到等离子截止频率，与实验测量的结果吻合的较好。图1.3（a）一维金属铝凹槽结构[15]。（b）电场强度分布。能量基本都被束缚在金属表面。（c）一维矩形凹槽型结构[16]。后续研究者们在此基础上，设计了各种形状、尺寸的一维传输型SSPP结构。例如，英国帝国理工学院的Maier等人设计的波纹圆柱金属结构实现了SSPP模式（图1.4（a））[27]；西班牙马德里自治大学的Fernández‐Domínguez等人设计的螺旋凹槽金属线结构能够支持紧凑型SSPP模式传播（图1.4（b））[69]，通过调整结构参数，能够支持轨道角动量波[70]；南京航空航天大学的L.Liu等人提出在金属柱上刻螺旋径向凹槽可以支持高效率、宽带SSPP传播，用于实现传统导波与SSPP波的耦合（图1.4（c））[71]。此外，为了加强SSPP的场束缚效果以及降低波导弯曲损耗，Fernández‐Domínguez等人在太赫兹频段设计了“V”型凹槽型结构支持SSPP表面波的传播，模拟了可见光频段通道等离激元（ChannelPlasmonsPolaritons）的概念与模型[17]，并且计算了SSPP的色散关系，如图1.4（d）所示。浙江大学的T.Jiang等人进一步优化了此结构，加入了“U”型结构，提升了场束缚能力，进一步降低了弯曲损耗和器件尺寸（图1.4（e））[19]。在此基础上，Fernández‐Domínguez等人模拟可见光和通信频段的楔形等离激元
本文编号：3095536
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同频段下金属表面的表面波分析[6]
浙江大学博士学位论文第1章绪论5照模式的不同，可以分为传输型SSPP结构和局域型SSPP结构；根据结构拓扑的不同，可以分为一维、二维SSPP结构，根据作用对象的不同，可以分为表面波SSPP结构和空间波SSPP结构。本文主要研究传输型SSPP结构和局域型SSPP结构对表面波和空间波的电磁调控，同时探索它们在新一代微波毫米波集成电路中的应用。图1.2赝表面等离激元的不同分类。根据模式、结构拓扑、作用对象的不同对赝表面等离激元进行分类。1.2国内外研究现状与存在的问题1.2.1一维传输型赝表面等离激元结构研究在微波、太赫兹频段，一维传输型SSPP凭借紧凑的模场束缚能力，以及较低的传输损耗，主要用于实现集成电路中的波导、滤波器、分束器等器件。在微波频段，美国罗彻斯特理工大学的W.Zhao等人实验证明了一维的金属铝凹槽结构可以支持SSPP表面波的传播[15]，如图1.3（a）所示为加工的样品，图1.3（b）是通过微波近场扫描技术测量的场分布，可以发现能量基本都被束缚在金属表面，通过测量SSPP表面波的传播常数与频率的关系，可以得到SSPP的一维色散关系图，这是重要的SSPP研究方法与测量方法。基于此结构，研究者们后续实现
浙江大学博士学位论文第1章绪论6了耦合器、分束器、以及环形谐振器等器件[68]。美国犹他大学的W.Zhu等人在太赫兹频段设计了一维矩形凹槽型结构[16]，如图1.3（c）所示，通过传输测量结果提取该结构的等效参数，例如等效介电常数与等效磁导率，计算得到等离子截止频率，与实验测量的结果吻合的较好。图1.3（a）一维金属铝凹槽结构[15]。（b）电场强度分布。能量基本都被束缚在金属表面。（c）一维矩形凹槽型结构[16]。后续研究者们在此基础上，设计了各种形状、尺寸的一维传输型SSPP结构。例如，英国帝国理工学院的Maier等人设计的波纹圆柱金属结构实现了SSPP模式（图1.4（a））[27]；西班牙马德里自治大学的Fernández‐Domínguez等人设计的螺旋凹槽金属线结构能够支持紧凑型SSPP模式传播（图1.4（b））[69]，通过调整结构参数，能够支持轨道角动量波[70]；南京航空航天大学的L.Liu等人提出在金属柱上刻螺旋径向凹槽可以支持高效率、宽带SSPP传播，用于实现传统导波与SSPP波的耦合（图1.4（c））[71]。此外，为了加强SSPP的场束缚效果以及降低波导弯曲损耗，Fernández‐Domínguez等人在太赫兹频段设计了“V”型凹槽型结构支持SSPP表面波的传播，模拟了可见光频段通道等离激元（ChannelPlasmonsPolaritons）的概念与模型[17]，并且计算了SSPP的色散关系，如图1.4（d）所示。浙江大学的T.Jiang等人进一步优化了此结构，加入了“U”型结构，提升了场束缚能力，进一步降低了弯曲损耗和器件尺寸（图1.4（e））[19]。在此基础上，Fernández‐Domínguez等人模拟可见光和通信频段的楔形等离激元
本文编号：3095536
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