专利名称：一种基于三维mim结构的宽带慢波系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种宽带慢波系统，具体涉及一种基于三维MIM结构的宽带慢波系统，属于光通信、光存储、传感器、表面技术等领域。
背景技术：
慢光系统在诸如非线性增强、光开关、全光缓冲器和可变光延迟等方面有很多潜在应用。人工表面等离子体(表面波)将电磁波局限在亚波长尺寸因而可以克服衍射极限的限制，从而降低光学器件的尺寸。基于渐变金属光栅平板所构成的慢波系统的优势在于超宽带和任意的工作温度。 现有的宽带慢波系统的群速度色散和损耗都比较高。
实用新型内容针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种具有较低群速度色散和低损耗的基于三维MIM结构的宽带慢波系统，能够将不同频率的电磁波截止于不同位置，具有分光器功能。为了实现上述目的，本实用新型通过如下的技术方案实现本实用新型包括至少设有一个的三维MIM结构和设置在三维MIM结构一端的激励金属线；三维MIM结构包括刻有凹槽的上金属光栅平板及下金属光栅平板和设置在上金属光栅平板与下金属光栅平板之间的绝缘体；上金属光栅平板和下金属光栅平板中凹槽的深度、宽度或周期渐变；上金属光栅平板与下金属光栅平板之间的绝缘体高度渐变。上述三维MIM结构中上金属光栅平板与下金属光栅平板相互对称或不对称。本系统在微波段的实现，是用外伸的同轴线内导体作为激励金属线来激发上金属光栅平板和下金属光栅平板上的表面波。本实用新型首次实现了由三维MIM结构所构成的宽带慢波系统；本实用新型采用激励金属线激励三维MIM结构中上金属光栅平板和下金属光栅平板上的表面波，实现途径简单有效，便于加工，适用范围广；本实用新型所提出的激励金属线激励可同时激励多个三维MIM结构，因而可实现多个慢波系统同时工作。
以下结合附图和具体实施方式
来详细说明本实用新型；
图1为本实用新型的三维MIM结构示意图(图中凹槽深度h、凹槽宽度W、凹槽周期性P和绝缘体高度g)；图2给出具有不同绝缘体高度g的三维MIM结构色散特性示意图；图3给出具有不同凹槽深度h的三维MIM结构色散特性示意图；图4为本实用新型实施例的结构示意图(工作在微波波段)；图5给出图4中绝缘体高度g = 2mm时本实用新型的近场仿真结果和近场实验测量结果；图6给出图4中具有不同绝缘体高度g时本实用新型的近场实验测量结果。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式
，进一步阐述本实用新型。本实用新型包括至少设有一个三维MIM结构2(相同或不同)和用于激励三维MIM 结构2的激励金属线。其中，三维MIM结构2的一端靠近激励金属线，环绕在激励金属线周围，各三维MIM结构2间的夹角随意(并不需要正交)。参见图1，三维MIM结构2包括刻有凹槽M的上金属光栅平板21及下金属光栅平板23，以及设置在上金属光栅平板21与下金属光栅平板23之间的绝缘体22。上金属光栅平板21及下金属光栅平板23可以对称，也可以不对称。绝缘体22可以为空气或增益材料，采用增益材料可以改善系统性能，从而降低三维MIM结构2的损耗。上金属光栅平板21和下金属光栅平板23中，凹槽M的深度、宽度或周期渐变；同一三维MIM结构2中上金属光栅平板21与下金属光栅平板23之间的绝缘体22高度渐变。本实用新型的原理是，当三维MIM结构2中上金属光栅平板21与下金属光栅平板 23的凹槽M深度、宽度、周期渐变或者上金属光栅平板21与下金属光栅平板23之间的绝缘体22高度渐变时，不同频率电磁波的群速度降低得快慢不同，因而会截止在三维MIM结构2的不同位置上，从而实现了基于三维MIM结构2的宽带慢波系统。本实用新型中三维MIM结构2根据工作频段不同，可采用不同加工工艺实现，例如线切割、精雕或者光刻等。图2是具有不同绝缘体高度g的三维MIM结构色散特性示意图，可以看到绝缘体高度g不同的三维MIM结构上的表面波在同一频率时的群速度(切线斜率)不同，并且g 越小，群速度越低，直至为零。图3是具有不同凹槽深度h的三维MIM结构色散特性示意图，可以看到凹槽深度h 不同的三维MIM结构上的表面波在同一频率时的群速度也不同，并且h越大，群速度越低，
直至为零。本实用新型中，首先通过电磁仿真工具来分析三维MIM结构2的色散特性，通过控制上金属光栅平板21和下金属光栅平板23中凹槽M的深度、宽度或周期渐变，或者控制三维MIM结构2中上金属光栅平板21与下金属光栅平板23之间的绝缘体22高度渐变，使之工作在要求的频段范围内。参见图4，本实施例在微波段的实现，是用外伸的同轴线内导体12作为激励金属线来激发上金属光栅平板21和下金属光栅平板23上的表面波。在微波段，选择合适型号的同轴线，将适当长度(一般为1/5 1/4波长)的内导体裸露出来，激发三维MIM结构2 中上金属光栅平板21和下金属光栅平板23上的表面波。内导体延伸的长度、内导体的外径和金属光栅平板的厚度等都会影响同轴线内导体12上的场耦合到三维MIM结构2中上金属光栅平板21和下金属光栅平板23上表面波的效率。金属光栅平板的材质对慢波系统的功能影响很小，一般选择价格便宜的金属，如铝材或不锈钢等。[0028]参见图5，上图对应图4中凹槽深度h渐变间隔较小(0. 2mm) 一侧的三维MIM结构，下图对应图4中凹槽深度h渐变间隔较大(0. 3mm) 一侧的三维MIM结构，可以看到仿真结果和实验结果很吻合。参见图6，从图中的近场分布的实测结果可见，不同频率的电磁波按照设计要求截止于慢波系统的不同位置。上图对应图4中凹槽深度h渐变间隔较小(0.2mm) —侧三维 MIM结构，下图对应图4中凹槽深度h渐变间隔较大(0. 3mm)的一侧的三维MIM结构，可以看到上下两图中不同频率的电磁波在三维MIM结构中的截止位置不同。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.一种基于三维MIM结构的宽带慢波系统，其特征在于，包括至少设有一个的三维MIM 结构(2)和设置在三维MIM结构(2) —端的激励金属线；所述三维MIM结构( 包括刻有凹槽04)的上金属光栅平板及下金属光栅平板 (23)和设置在上金属光栅平板与下金属光栅平板之间的绝缘体02)；所述上金属光栅平板和下金属光栅平板中凹槽04)的深度、宽度或周期渐变；所述上金属光栅平板与下金属光栅平板之间的绝缘体0 高度渐变。
2.根据权利要求1所述的基于三维MIM结构的宽带慢波系统，其特征在于，所述三维 MIM结构中上金属光栅平板与下金属光栅平板相互对称或不对称。
3.根据权利要求1或2所述的基于三维MIM结构的宽带慢波系统，其特征在于，本系统在微波段的实现，是用外伸的同轴线内导体(12)作为激励金属线来激发上金属光栅平板 (21)和下金属光栅平板上的表面波。
专利摘要本实用新型公开了一种基于三维MIM结构的宽带慢波系统，包括至少设有一个的三维MIM结构和设置在三维MIM结构一端的激励金属线；三维MIM结构包括有限厚度且刻有凹槽的上金属光栅平板及下金属光栅平板和设置在上金属光栅平板与下金属光栅平板之间的绝缘体；上金属光栅平板和下金属光栅平板中凹槽的深度、宽度或周期渐变；上金属光栅平板与下金属光栅平板之间的绝缘体高度渐变。本实用新型采用激励金属线来激励三维MIM结构中上金属光栅平板和下金属光栅平板上的表面波，实现途径简单有效，便于加工，适用范围广；本实用新型所提出的激励金属线激励方式可同时激励多个三维MIM结构，因而可实现多个慢波系统同时工作。
文档编号H01P1/20GK202103145SQ20112021215
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者周永金, 崔铁军 申请人:东南大学