共面波导激发：太赫兹表面等离激元的现象与应用

另一种实现自由空间电磁波和表面等离子体耦合的结构是共面波导。共面波导结构首次在介质板上实现要追溯至1969年。从那之后,基于微波集成电路与单片(芯片)微波集成电路制成的共面波导结构才获得了极大的发展。Vivaldi天线作为一种传统的超带宽天线,具备带宽大、重量轻、尺寸小以及制作简单的特点,被应用在多个研究技术领域。结合Vivaldi天线的原理和表面等离子体相关理论,利用共面波导能够与矢量网络分析仪探针对接的特性和Vivaldi天线能够进行宽频行波模式转换的特性,可实现THz频段的表面等离子体传输线的低损耗传输。2014年,崔铁军等利用Vivaldi天线的开口区域,提出了渐变槽深的平面结构,实现了微波频段准横电磁波(Quasi Transverse Electromagnetic Wave,QTEM)到SSPPs的高效转换,为SSPPs的耦合及实际应用打开了一扇大门。

图2-12是共面波导耦合表面等离子体传输线设计。在共面波导-SSPPs转换结构设计时,需要设计以下两部分以保证高效耦合。

图2-12　共面波导耦合表面等离子体传输线设计

(1)Vivaldi天线的开口弧线满足解析式:(www.xing528.com)

式中,a为开口率参数;,其中(x 1,y 1)和(x 2,y 2)分别为转换结构的起始点与终结点的坐标。按照Vivaldi天线设计思想,开口弧线以指数形式渐开,将共面波导所支持的QTEM模式转换为Goubau模式。

(2)进行槽深的线性渐变设计,并且采用切角的形式实现低反射,让更多的SSPPs耦合到槽中。较小槽深的槽能够让较高频点的SSPPs能量耦合进入槽中,能量的截止仅仅在高频部分发生,而不影响低频的能量耦合,而且槽与槽之间波矢的失配程度远远比槽与线之间直接失配情况要小得多,因此能够得到高效的SSPPs耦合效率。