基于矩形谐振腔MIM波导结构的表面等离子体带阻滤波器

采用二维时域有限差分法(FDTD)设计并验证了一种新型的基于金属-介质-金属(metal-insulator-metal,MIM)多矩形谐振腔结构的表面等离子体带阻滤波器.该结构由一波导通道和一列平行排列于波导上方的矩形谐振腔组成.当矩形腔的长度对某一波长满足法布里-珀罗(F-P)谐振条件时,该波长的表面等离子体(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)将进入腔内并发生耦合共振而被限制在其内,起到滤波的效果.通过调整谐振腔的长度和数量,可以方便地滤掉一个或多个不同波长的光波.与其他结构SPPs滤波器相比,此结构更具有简洁、滤过的波长更窄、更小的能量损耗等优点,该种滤波器可以应用于高集成电路等光学设备.     

金属波导连接的无源互调非线性物理机制和计算方法

针对大功率条件下金属波导连接的无源互调(PIM)难以预测的问题,提出了一种金属波导结的PIM非线性物理机制和计算方法.考虑到波导表面的粗糙度和薄介质层,将波导连接视为MIM(Metal-Insulator-Metal)结构并确立其粗糙表面接触模型和等效电路模型,然后依据MIM结构的导电机理将量子隧穿电流和热发射电流视作引起PIM的非线性根源,最后运用傅里叶变换计算各阶PIM功率.相比传统的幂级数方法,该方法能快速计算各阶PIM且无需进行参数拟合.以双载波条件下工作于TE10模式的铝质矩形波导为例进行仿真实验,结果表明:波导间接触压力越大,各阶PIM越小;PIM阶数越高,载波功率之比对其影响越大;新方法预测的5、7、9阶PIM功率相对于载波功率的增长率约为2,比传统幂级数展开法估计的结果更符合实际.     

基于MIM波导缺陷谐振环结构的传输特性研究

应用时域有限差分方法(FDTD)研究了基于金属-介质-金属(MIM)波导缺陷谐振环结构的传输特性.该结构由一通道波导和位于通道上方的缺陷谐振环组成,与无缺陷谐振腔结构相比,缺陷谐振环结构破坏了环形腔原有的共振模式,从而呈现出新颖的滤波特性.当缺陷尺寸发生改变时,谐振环有效长度发生变化,通过调整缺陷的尺寸,可以有效调节滤波波长,其数值计算值与传输线理论值基本吻合.此外,通道波导与谐振环间的耦合强度在一定程度上依赖于缺陷的位置,因此通过调节缺陷的位置可以有效控制滤波强度.与其他滤波器相比,此结构在不改变结构总尺寸的情况下,可调节滤波波长,实现了更宽频段的滤波,并有效调节其透射率.当缺陷尺寸设定为某一特定值时,能实现模式间的简并,提高滤波性能.     

高性能同心双环腔的性质（英文）

模拟和研究了高性能同心金属-绝缘体-金属环的光学特性.通过改变内环折射率ni,内环和外环之间的共振波长和耦合强度可以被大范围调谐,内环和外环的能量分配比也可以被调节.当能量主要分布在内环时,可以有效地抑制损失到波导的能量,从而得到该结构的超高品质(Q)因子.当外环能量较大时,同心双MIM环与波导之间的耦合强度较大,得到该结构的消光比高.提出的同心双MIM环为设计先进的等离子体谐振腔提供了新的视角.     

基于金属表面等离子激元的侧耦合半圆形腔-波导透射谱分析

设计了一种新型的基于金属表面等离子激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）的亚波长金属-介质-金属型滤波器.该滤波器由一个半圆形谐振腔和一个直波导组成.使用时域耦合模理论和传输变换矩阵方法对结构进行理论分析,并通过时域有限差分方法(the finite difference time domain method,FDTD)进行数值模拟得出光谱响应.讨论了几何参数对透射曲线的影响, 并设计了一种双腔结构来获得高对比度的透射曲线.     

饮用水中痕量锰的空芯金属包覆波导检测

结合改进的显色方案，利用空芯金属包覆波导结构，测量饮用水中锰的痕量浓度.由于波导超高阶导模的高灵敏度，作为波导导波层的錳溶液消光系数的微小变化可导致反射率极小值的显著改变.而錳溶液消光系数与浓度密切相关（折射率虚部）.模拟计算的结果显示该方案的检测分辨率可达到Δκ=1.0×10^-6 .     

金属圆孔阵列的非共振增强透射

基于非共振原理的光异常透射现象(EOT)可以实现宽频带透射,对宽频带光收集与激发具有重要意义.为实现宽频透射,本文设计了亚波长金属圆孔阵列,并应用有限元方法研究了该结构的透射特性.结果表明,金属圆孔阵列可实现宽频透射.此外,本文还研究了入射光偏振方向、圆孔半径以及横向周期对金属圆孔阵列透射特性的影响.这些结果对设计非共振宽频透射的金属孔洞结构具有一定的指导意义.     

金属银膜复合亚波长矩形孔阵列的增强透射

金属纳米结构由于表面等离激元(Surface Plasmons, SPs)的激发,能够将自由空间的光辐射能量有效耦合到高度受限的表面模式,从而在金属表面纳米尺度范围内形成极大增强的局域场,对宽频带光的收集与激发具有重要意义.为实现金属纳米结构的宽频带高透射率,本文设计了一种复合矩形孔洞式金属微纳结构,并应用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究了该结构的透射特性.结果表明,与单孔洞阵列相比,该复合孔洞式结构具有光场增强及可调节性等诸多优势,且在透射光谱中可产生多个透射峰.矩形孔洞长度与宽度是影响光透射的主要因素:随着矩形孔洞宽度b的增大,该结构的最大透射率由中心波长526 nm对应的79.7%增大到中心波长为611 nm时对应的88.3%,透射带宽与透射率均有所提高;而矩形孔长度a的变化则会产生奇特的多峰值现象,透射率最高达到93%,透射峰的半高宽最大为354 nm.此外,本文还讨论了中心方孔的边长对该结构阵列透射特性的影响.该研究结果对增强光学透射理论研究的进展以及在新型光学传感器、滤波器、光学透明电极等领域的应用发展有一定的指导意义及应用价值.     

人工神经网络技术在带通滤波器设计中的应用

一、引言 基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)的概念最初来源于NRD(Nonradiative dielectric)波导.SIW的基本结构为:介质板的上下两个面均接地,并且沿着导波传播方向有两列金属圆柱以均匀间隔分布,电磁波就被限制在这两列金属圆柱之间传播.Ke.Wu等人在NRD波导的基础上提出SIW概念,实际上也是一种周期结构,该结构具有无辐射、功率容量大和低损耗等优点,但是最大的优点却在于易集成,这为将来在微波集成电路中的应用做出了极有意义的开拓.     

基于SIW的频率/极化可重构背腔缝隙天线

针对现有可重构天线难以同时对频率与极化特性进行切换的不足，提出了一种低剖面紧凑型的频率与极化可重构波导背腔天线。天线由基片集成波导(substrate integrated waveguide，SIW)谐振腔和十字型槽线组成。在十字型槽线内加载PIN二极管，通过二极管的导通和断开调整有效谐振长度，达到频率可重构目的。在十字槽线两侧加载短路通孔可重构谐振腔内电场分布，在不改变辐射结构下实现圆极化波与线极化波之间任意切换。2种重构方式的切换结构各位于天线底层与顶层，二者互不影响，且天线制作简单，成本低廉。测试结果表明，天线仿真与实测保持一致，且工作性能良好。     

用FDTD分析部分介质填充同轴传输线的截止频率

介绍用二维时域有限差分法(2D-FDTD)分析波导本征值问题的基本原理和计算过程,实例计算了T形分割矩形波导和同轴矩形波导的截止波数,并与文献值进行了比较,其结果与文献报道值吻合的较好,表明方法的有效性.计算了内十字形外矩形截面的方形同轴电缆线的高阶模式的截止频率,获得内十字形外矩形截面的方形同轴电缆线添加部分介质后的归一化截止频率谱图,并给出了其填充介质后各主模式的截止频率.     

一种宽带带通三维频率选择表面设计及分析

基于方形波导结构提出了一种宽带带通三维频率选择表面(3D FSS).所提出的FSS的单元结构由上下端面刻蚀两个相同正方形金属贴片的介质方块和空气方形波导组成,此时每个端面形成了方形槽谐振单元.在电磁耦合作用下,方形槽谐振单元原有单一的谐振模式耦合分裂为奇模和偶模两种谐振模式,由此产生了两个传输极点,从而形成了一个平坦的二阶通带,且通带3 dB相对带宽为25.12%.通过等效电路模型,阐明了该FSS的工作原理.仿真结果显示:在TE和TM两种极化方式下,以0°到45°角度入射时所提出的FSS具有稳定的频率响应.此外,该3D FSS还具有相对较小的单元结构.     

Manipulation of light in MIM plasmonic waveguide systems

Plasmonic waveguides that allow deeply subwavelength confinement of light provide an effective platform for the design of ultracompact photonic devices.As an important plasmonic waveguide,metal-insulator-metal(MIM)structure supports the propagation of light in the nanoscale regime at the visible and near-infrared ranges.Here,we focus on our work in MIM plasmonic waveguide devices for manipulating light,and review some of the recent development of this topic.We introduce MIM plasmonic wavelength filtering and demultiplexing devices,and present the electromagnetic induced transparency(EIT)-like and Fano resonance effects in MIM waveguide systems.The slow-light and rainbow trapping effects are demonstrated theoretically.These results pave a way toward dynamic control of the special and useful optical responses,which actualize some new plasmonic waveguide-integrated devices such as nanoscale filters,demultiplexers,sensors,slow light waveguides,and buffers.     

三波长光子晶体耦合波分复用器的设计与仿真

目前,光子晶体的波导共振耦合技术被广泛应用,设定波长下的波导透射频率的高低成为影响器件功能优劣的重要因素。首先对比了改变光子晶体介质柱折射率和半径的大小与耦合点归一化频率的关系,之后利用时域有限差分法设计了一种由三种波导构成的共振耦合型光子晶体结构的波分复用器,并且在波长分别为1 490 nm与1 440 nm的光信号下的波导共振区域增加了一定数量的介质柱形成一种新的微腔耦合区域。并且通过在1 310 nm波长的输出信道末端改变介质柱的半径大小,使得1 310 nm波长的光信号的透射率提高到了95.5%。研究表明,通过增大介质柱半径的大小Rc,可以使得对应的光信号透射率的大幅改善。     

高选择性三通带三维频率选择表面的研究

提出一种双极化、高选择性的三通带三维频率选择表面(3D FSS).该3D FSS单元结构由四层方形介质筒组成,提供一个平行板波导(PPW)路径和三个方同轴波导(SCW)路径.由于每个SCW路径中两个相同短SCW谐振单元的电磁耦合,由SCW路径端面方形槽提供的原有单一谐振模式分裂为奇模和偶模谐振模式,产生了两个传输极点,由此形成了一个二阶通带,因此三个SCW路径能实现三个二阶通带.此外,由于不同路径之间的电磁波相位反相叠加产生了多个传输零点,提高了该FSS的频率选择性.为了解释该3D FSS的工作原理,研究了传输零极点处的电场矢量分布.仿真结果显示,所提出的3D FSS在横向电场(TE)和横向磁场(TM)极化模式下以0°到60°角度入射时具有稳定的频率响应,同时该3D FSS具有小通带比和较小的单元尺寸.     

U型立绒立体周期结构频率选择织物的性能

 采用立绒织造方式,以银纤维纱线作为导电结构单元材料,制备了基于U型立绒单元的立体周期结构频率选择纺织品。与具有U型底部长度同样尺寸的平面偶极子周期结构织物相比,U型立绒在偶极子两个端点沿Z轴向空间延伸。U型立绒立体周期结构织物在2~18 GHz内具有双频点谐振效应;谐振频率随着U型底部连通长度增加向低频移动,在同样的底部长度下,U型个数不影响谐振频率;银纤维构成的结构单元织物比不锈钢纤维纱线具有更加尖锐的谐振峰。进一步实现了基于银纤维纱线的、簇集U型立绒构成的十字体结构单元频率选择织物,表明立体周期结构织物具有丰富的灵活可设计性。     

基于圆角矩形结构的表面等离子体激元滤波器与光开关

本文提出并研究基于圆角矩形结构的表面等离子体激元带通滤波器，运用时域有限差分方法(Finite-Difference Time-Domain ,FDTD)对滤波器的透过率特性进行模拟仿真.由于采用圆角矩形结构，滤波器的透过率在带宽不变的情况下被优化.通过改变圆角矩形谐振腔的圆角半径以及腔长，可以实现所需要的透过率光谱. 本文在圆角矩形结构基础上提出12解复用器，通过将输出端2与谐振腔耦合处的波导增长120nm，实现了抑制共振模作用. 通过在滤波器的圆角矩形谐振腔中注入具有双折射效应的液晶Merck BL009，提出具有波长选择作用的光开关. 以上实验结果表明，基于圆角矩形结构的等离子体激元滤波器在纳米光学器件中具有很好的应用前景.     

基于CSRR-SIW结构的复合左右手带通滤波器小型化设计

提出了一种基于互补开口谐振环-基片集成波导（complementary split-ring resonator-substrate integrated waveguide,CSRR-SIW）结构的复合左右手带通滤波器,可应用于5G频段。采用互补开口谐振环（complementary split-ring resonator,CSRR）代替传统开口谐振环结构,有效地减小了中心频率,通过改变端口馈电方式展宽了带宽并改善了高频端带外抑制特性。基片集成波导（substrate integrated waveguide,SIW）结构将电磁波限定在一定空间范围内传播,使得该款滤波器较为紧凑。将4个具有左手特性的互补开口谐振环单元加载到带通滤波器中,通过调整优化,可在通带处产生2个传输零点,并进一步缩小滤波器的体积。测试结果显示：滤波器的中心频率为4.92 GHz,3 dB带宽为240 MHz,带内插损最大值为1.7 dB,且在5.88～13.80 GHz的带外抑制大于20 dB。