[发明专利]基于等效局域型表面等离激元的介质谐振器及其工作方法

说明书

本发明公开了基于等效局域型表面等离激元的介质谐振器及其工作方法，介质谐振器包括：介质圆柱、金属贴片、金属线，金属线沿介质圆柱侧面周期排列，金属贴片贴在介质圆柱上下底面并与金属线相连。该介质谐振器的主模是等效表面等离激元的电偶极子模式，当电磁波以某个频率入射到谐振器上时，会在金属线的诱导下在介质柱和外部空气的交接面上产生等效局域型表面等离子激元，从而产生等效局域型表面等离子共振。本发明介质谐振器的主模谐振频率随谐振器的高度和介质的介电常数变化而变化，但对谐振器的直径变化不敏感。因此，本发明介质谐振器体积上可以比传统介质谐振器小无数倍。

技术领域

本发明涉及基于等效局域型表面等离激元的介质谐振器及其工作方法，属于谐振器技术领域。

背景技术

表面等离激元有两种主要的类型，一类是在平面交界面上传播的表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)，另一类是纳米粒子表面上的局域表面等离激元(Local Surface Plasmons，LSPs)。SPPs是指入射光子和表面等离子体发生耦合产生的一种沿着导体和介质交界面方向传导的电磁波，它仅仅在介电常数的实部正负的介质交界面上传播，LSPs是入射光子和金属纳米颗粒内自由电子相互耦合形成的混合激发态。SPPs和LSPs都具有场增强的效果和电磁波的约束效应，尺度基本都在纳米量级，主要作用于贵金属(金、银等)和介质(可以是空气)的交界面。由于贵金属的等离子体频率一般都在紫外频率以上，在低频段(太赫兹波和微波)，贵金属近似为理想电导体(Perfect ElectricConductor，PEC)，电磁波在金属内部是衰减的，难以渗透到金属的内部，电磁场在贵金属表面的约束性将会变得非常差，不支持表面等离子体波，因此很难直接在金属和介质表面直接激励出传播型和局域型的表面等离激元。

Spoof LSPs的概念最早在2012年由F.J.García-Vidal等人提出，具体实现方法是通过在金属闭合表面刻蚀周期性的凹槽，增加了电磁波在金属表面的渗透作用，产生了类似于光波段的局域表面等离子共振。这种方法可以在微波和太赫兹波段自由的激发和产生人工局域表面等离激元，实现场约束和场增强现象。2013年东南大学的崔铁军领导的课题组在此理论基础上提出一种超薄的Spoof LSPs模型，首次通过实验验证了这种结构在微波频段存在着多极谐振现象，其谐振特性和几何尺寸、基板的厚度、周围的介质特性相关。2014年，Garcia-Vidal、Pendry和崔铁军等人发现了带有凹槽的金属表面同样存在着磁性的局域表面等离激元(Magnetic Localized Surface Plasmons，MLSPs)，消光截面中同时分布有磁谐振和电谐振，拓宽了Spoof LSPs的研究范围。之后科学家们研究了Spoof LSPs在高次模式的电磁性质和Fano谐振特性，并通过实验进行了论证。上海大学的周永金课题组研究微带线激励出带有凹槽的环形结构的Spoof LSPs谐振模式，在带有凹槽的金属-介质-金属环超薄谐振器上实现了增强的Spoof LSPs谐振。南洋理工大学的张柏乐课题组对研究了螺旋结构及互补结构Spoof LSPs的电谐振和磁谐振问题，讨论了高次模式谐振、垂直入射、电磁同频等情况。

但是现有技术中谐振器体积偏大，不利于介质谐振器滤波器、介质谐振器天线、介质谐振器振荡器等微波器件的小型化设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供基于等效局域型表面等离激元的介质谐振器及其工作方法，解决现有技术中谐振器体积偏大的问题，实现介质谐振器的小型化和基于介质谐振器的其他微波器件小型化的目的。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于等效局域型表面等离激元的介质谐振器，包括：介质圆柱、两个金属贴片、若干条金属线，所述金属线的长度等于介质圆柱的高度，且金属线沿介质圆柱侧面轴向周期性排布，金属贴片的大小等于介质圆柱上底面或下底面的大小，金属贴片贴在介质圆柱的上底面和下底面，金属线的两端分别与介质圆柱上底面的金属贴片、介质圆柱下底面的金属贴片相连。