[发明专利]一种有源磁局域表面等离激元组件及调控方法

说明书

本发明公开了一种有源磁局域表面等离激元组件，包括刻蚀在聚四氟乙烯介质基板正面的周期性亚波长螺旋状金属条带、中心金属圆盘以及焊接在空气槽上方的变容二极管。为了对变容二极管实现电调控，在周期性亚波长螺旋状金属条带末端以及中心圆盘处一一对应开凿金属通孔用以连接直流信号源，并在介质基板的背面加载一定数值的电感与金属通孔连接用以通直流阻交流。本发明实现了模式调控新方法：通过调控变容二极管两端的加载电压调节其电容值的大小从而实现对电偶极子与磁偶极子模式的有源调控，包括磁偶极子和电偶极子的谐振频率、谐振顺序以及多极干涉等。本发明结构简单、易于制造，对人工表面等离激元的模式调控理论与应用具有重要的科学意义和工程价值。

技术领域

本发明涉及电磁模式场调控领域，具体涉及一种有源磁局域表面等离激元模式调控方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，研究人员发现现有的人工局域表面等离激元金属结构仅能激发出多极电谐振模式，无法激发出显著的磁谐振模式。为解决这一问题，受到超材料新兴领域的启发，现有技术中有研究人员构建了一种螺旋金属结构，并基于此在纯金属结构中激发出了与多极电极子谐振强度相当甚至更强的磁谐振模式，故将这种新型模式称为“磁局域等离激元”[Paloma A.Huidobro,et al.,Physical Review X,4,021003,(2014)]。然而，现有支持磁局域等离激元模式的单面全金属模型一旦建立，尽管能够激发出幅度相当的电偶极子和磁偶极子模式，但是二者是分裂的且激发的顺序是固定的，无法实现二者模式之间顺序的改变以及二者模式的简并。针对于此，本发明主要是在三维结构模型中实现一种有源磁局域表面等离激元模式调控方法，对人工表面等离激元的模式调控理论与应用具有重要的科学意义和工程价值。

发明内容

发明目的：为了克服磁局域表面等离激元结构中激发的电偶极子和磁偶极子因为结构固定而无法实现前后模式顺序的改变与简并，本发明提出一种有源磁局域表面等离激元模式调控方法，可以通过调节磁局域表面等离激元结构中变容二极管两端的加载电压来改变变容二极管的电容值从而实现对电偶极子和磁偶极子及的谐振频率，谐振模式顺序，模式简并与多极干涉的调控。

技术方案：为达到上述目的，本发明提供的一种有源磁局域表面等离激元组件可采用以下技术方案：

包括介质基板、刻蚀在介质基板正面的中心金属圆盘、围绕中心金属圆盘的若干条周期性亚波长螺旋状金属条带、若干变容二极管、位于介质基板背面的若干电感；所述若干条周期性亚波长螺旋状金属条带形状相同，相邻两条周期性亚波长螺旋状金属条带之间的间距均相等；每条周期性亚波长螺旋状金属条带靠近中心金属圆盘的内端通过一个变容二极管与中心金属圆盘连接；每条周期性亚波长螺旋状金属条带的外端设有贯穿介质基板的第一金属通孔；每个第一金属通孔位于介质基板背面的一端与一电感连接用以通直流阻交流信号；所述中心金属圆盘的中央设有贯穿介质基板的第二金属通孔；所述第二金属通孔与每个第一金属通孔在介质基板的背面外接直流信号源使直流信号源的可变电压加载于变容二级管两端。

进一步的，所述介质基板采用有损耗的聚四氟乙烯介质基板，介质基板宽度L＝50毫米，厚度为h＝1毫米，介电常数为ε_r＝2.65，损耗角正切为tanδ＝0.001。金属条带材料为铜，厚度为0.018毫米。

进一步的，周期性亚波长螺旋状金属条带由以下公式确定：

其中，x(t)和y(t)分别表示金属条带上弧度为t时对应点的横坐标与纵坐标，R为周期性亚波长螺旋状金属条带的末端与圆心的半径长度，周期性亚波长螺旋状金属条带以圆心坐标为起始点。

进一步的，所述第二金属通孔位于介质基板背面的一端同样连接有电感。