[发明专利]一种超宽带太赫兹类表面等离子体激元耦合器及耦合方法

权利要求书

1.一种超宽带太赫兹类表面等离子体激元耦合器，其特征在于，所述类表面等离子体激元耦合器包括：TEM模式压缩器、模式匹配器和表面模式辐射器，三者沿横电磁波TEM的传播方向依次连接为一体，外层为中空金属套筒；所述中空金属套筒的中间具有通孔；所述通孔包括沿传播方向连接为一体的三部分：第一通孔、第二通孔和第三通孔；所述第一通孔的直径沿传播方向逐渐变小，内部设置有圆柱状的金属内芯，构成TEM模式压缩器，实现与上一级的同轴线波导的平滑对接，同时由上一级的同轴线波导传递过来的TEM模式经TEM模式压缩器，能量压缩到亚波长尺度范围；所述第二通孔的直径沿传播方向不变，内部设置有槽深渐变金属皱褶内芯，槽深渐变金属皱褶内芯为在圆柱状的金属内芯的外表面具有周期性的圆环状的同轴凹槽，凹槽的深度沿传播方向逐渐变深，构成模式匹配器，能量压缩后的TEM电磁波经模式匹配器，转换成特定的类表面等离子体激元模式；所述第三通孔的直径沿传播方向逐渐变大，呈开口喇叭状，内部设置有槽深均匀金属皱褶内芯，槽深均匀金属皱褶内芯为在圆柱状的金属内芯的外表面具有周期性的圆环状的同轴凹槽，凹槽的深度沿传播方向不变，构成表面模式辐射器，类表面等离子体激元模式经表面模式辐射器后耦合入下一级的类表面等离子体激元波导中。

2.如权利要求1所述的类表面等离子体激元耦合器，其特征在于，所述TEM模式压缩器的长度L₁≤3mm。

3.如权利要求1所述的类表面等离子体激元耦合器，其特征在于，所述第一通孔的渐变倾角θ₁≤12°。

4.如权利要求1所述的类表面等离子体激元耦合器，其特征在于，所述金属内芯和中空金属套筒采用无氧铜。

5.如权利要求1所述的类表面等离子体激元耦合器，其特征在于，所述表面模式辐射器的长度L₂在1mm～2.5mm之间。

6.如权利要求1所述的类表面等离子体激元耦合器，其特征在于，所述第三通孔的渐变倾角θ₂在25°～40°之间。

7.一种超宽带太赫兹类表面等离子体激元耦合方法，其特征在于，所述类表面等离子体激元耦合方法包括以下步骤：

1)同轴线波导传递过来的TEM模式进入TEM模式压缩器，TEM模式压缩器实现与上一级的同轴线波导的平滑对接，同时TEM模式经TEM模式压缩器，能量压缩到亚波长尺度范围，其中，TEM模式压缩器包括直径沿传播方向逐渐变小的第一通孔，以及设置在第一通孔内部的圆柱状的金属内芯；

2)能量压缩后的TEM电磁波经模式匹配器，转换成特定的类表面等离子体激元模式，其中，模式匹配器包括直径沿传播方向不变的第二通孔，以及设置在第二通孔内部的槽深渐变金属皱褶内芯，槽深渐变金属皱褶内芯为在圆柱状的金属内芯的外表面具有周期性的圆环状的同轴凹槽，凹槽的深度沿传播方向逐渐变深；

3)类表面等离子体激元模式经表面模式辐射器后耦合入下一级的类表面等离子体激元波导中，其中，表面模式辐射器包括直径沿传播方向逐渐变大，呈开口喇叭状的第三通孔，以及设置在第三通孔内部的槽深均匀金属皱褶内芯，槽深均匀金属皱褶内芯为在圆柱状的金属内芯的外表面具有周期性的圆环状的同轴凹槽，凹槽的深度沿传播方向不变。

8.如权利要求7所述的耦合方法，其特征在于，在步骤1)中，通过调整TEM模式压缩器的参数，以提高模式转换的效率，参数包括TEM模式压缩器的长度和渐变倾角。

9.如权利要求7所述的耦合方法，其特征在于，在步骤2)中，通过控制模式匹配器中的槽深渐变金属皱褶内芯的凹槽的深度，调节类表面等离子体激元模式。

10.如权利要求7所述的耦合方法，其特征在于，在步骤3)中，通过调整表面模式辐射器的参数，进一步提高模式转换的效率，参数包括表面模式辐射器的长度和渐变倾角。