[发明专利]一种人工表面等离激元波的二次谐波产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及新型人工电磁材料，具体涉及一种人工表面等离激元波的二次谐波产生装置。

背景技术

在光波段，表面等离激元波是一种在金属与介质交界面产生的一种特殊的表面波。这种表面波的产生是由于位于金属内的自由电子与介质中的电磁波相互作用形成等离子震荡，因为这种特殊的产生机制使得这种表面等离激元拥有十分特殊的物理特性，其中主要有如下两个性质：深度亚波长效应和场局域效果。因此这一种特殊的电磁波模式在新型光学器件具有重要的应用价值，从而也引起了很多领域的科学家们的关注。

但是相关的技术很难直接运用在更低的频段(微波和太赫兹频段)，这是因为在低于远红外的频段内，金属多表现为完美导电体而不是等离子体性质。但是经过科学家的研究，可以通过人工电磁媒质的思想通过构建相应的人工超材料，来实现表面等离激元性质。这种表面等离激元波由于其固有的场局域、场增强和亚波长性质可以实现诸如器件小型化，去除传输线邻间干扰以及多种潜在的应用，因此，这种传输线是下一代电路系统的希望之一。

而高次谐波产生是非线性效应的典型应用之一，具有十分重要的意义。众所周知，由于普通的材料无法产生可以被利用的非线性效应，因此需要借助有源器件。相比于原本在超材料领域已经运用过的二极管，基于场效应管的电路可以产生更加显著的非线性效应。

因此设计一种高效表面等离激元二次谐波产生方案对于表面等离激元集成电路和系统均有重要促进意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种人工表面等离激元波的二次谐波产生装置。

技术方案：本发明所述的一种人工表面等离激元波的二次谐波产生装置，包括介质基片、第一铜箔层、第二铜箔层、金属片和有源芯片，所述介质基片的正面和背面分别附有(例如使用印刷电路板技术加工而成)第一铜箔层和第二铜箔层，所述第一铜箔层和第二铜箔层呈光栅状，且第一铜箔层和第二铜箔层之间形成反衬关系结构，第一铜箔层被竖直设置的方形金属片分隔为两段，第一铜箔层与第二铜箔层通过金属化过孔相连接；所述有源芯片位于第一铜箔层与第二铜箔层中间，并且通过导电胶与第一铜箔层相连接，通过邦定线与第一铜箔层相连接。

上述反衬关系结构是指第一铜箔层与第二铜箔层沿其二者的几何中心做上下镜像。

进一步的，所述介质基片由F4B板材制成，介质基片的厚度为0.3～0.6mm，其相对介电常数为2.65，损耗正切角为0.001。还可以使用其他型号的板材制备介质基片。

进一步的，所述第一铜箔层被竖直设置的方形金属片分隔为两段，其中，一段为截止频率较低的用于传输基频电磁波的传输波导即为输入波导，另外一段为截止频率较高的用于传输高频电磁波传输波导即为输出波导。

可以通过改变输入波导段和输出波导段的几何尺寸来实现工作频带和物理特性的调节，还能够通过使用不同芯片可以实现三次谐波等其他高次谐波。

进一步的，所述输入波导和输出波导分别通过邦定线与有源芯片连接。

进一步的，所述第一铜箔层的厚度为0.01～0.04mm，例如可以是0.018mm，采用这种厚度设计便于得到这种覆铜板，而上述印刷电路板技术是指在覆铜板表面将没有金属结构的地方去掉。

有益效果：本发明仅仅需要亚波长尺度的有源芯片便可以达到相应的目的；)由于三极管具有将直流能量转化为交流能量的能力，因此本发明较其他传统方案，可以实现高增益人工表面等离激元波的二次谐波的产生。

另外，相较于微波段其他的倍频器，本发明创造性采用人工表面等离激元结构，该结构具有较好的物理特性，方便制造共型电路和低串扰传输线；并且该结构具有更为紧凑和优秀的物理特性，因此具有相当的运用前景。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的反面结构示意图；

图3为实施例中不同尺寸的输入波导和输出波导所对应的色散曲线图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。