可重构人工表面等离激元器件文献综述

 2022-11-20 15:00:21

文献综述(或调研报告):

3.1 表面等离激元(SPPs)与人工表面等离激元(SSPPs)

表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)是一种特殊的电磁波形式。在光波频段,金属的电容率在数值上表现为负数,使得在金属和电介质交界处的电磁波和金属中的自由电子产生集体共振效应,从而电磁波沿着两者的交界面传播,并且在垂直于交界面的方向上,电场以指数的形式衰减[1,2]。它可以将电磁波限制在金属表面亚波长范围内,基于这种高度的场局域性,SPP可以克服光学的衍射极限,将器件进一步小型化,从而进一步提高光电器件的集成度。因此,SPP在纳米集成光回路、光存储、纳米光刻、场显微镜、大数据存储和生物医学传感器方面有着巨大的应用潜力[3]。

虽然,理论上在0Hz到SPP模式的共振频率这个频段内,都有SPP模式的存在,但是当频率下降到远红外、太赫兹或者是微波频段,金属的电容率不在为负数。此时,金属更像是理想导体(PEC),金属表面不再支持SPP模式的传播[4]。

虽然在太赫兹波段、微波段不存在真正意义上的SPP模式。但是,等离子体超材料的概念在低频波段依旧有效[5]。J.B.Pandry教授在2004年在二维上提出一种新的通孔阵列结构(图3.1),并且证明了其具有和表面等离子体激元相似的色散特性。这表明,利用周期结构,可以在低频波段实现类似于SPP模式的表面波,由于这种结构可以模仿SPP很多的特性,所以这也叫做人工表面等离激元(spoof SPPs, SSPPs)。

图3.1 2维通孔结构 图3.2 共形结构SSPP

3.2 人工表面等离激元发展现状及应用

自从J.B.Pandry教授提出2维结构之后,SSPP形式得到极大的发展[6,7],比如一维亚波长阵列、二维亚波长通孔或者凹痕阵列或者三维通孔周期缝隙阵列等等。这些人工表面等离激元有一个最重要的特点就是可以通过改变其几何参数来改变色散特性和空间场限制能力。但是,也是由于其固有的3D结构,从而限制其在集成电路方面的应用。

针对这种情况,东南大学沈晓鹏教授提出一种新结构(图3.2)。由于这种结构的非常薄,使其具有良好的共形特性,可以在任意表面构建电路。从而使SSPP的应用范围得到极大的扩展。

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