全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构的制作方法

本发明涉及人工局域表面等离激元领域，尤其涉及一种全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构。

背景技术：

表面等离激元是在光学频率下，沿电介质和金属界面的电子振荡。由于其有很强的深度亚波长束缚能力和场增强潜能，表面等离激元可能应用在光谱检测和生物传感器等方面。而金属在微波和太赫兹频段可以近似看为完美电导体，因此表面等离激元不能在此频段进行传输。随着研究的深入，在2004年，pendry等人已经在微波领域证实了周期形开槽的导体结构存在与高频段的表面等离激元的色散关系和亚波长束缚特性很相似的表面波，因此被称为人工表面等离激元。人工表面等离激元有两种分类，传导模式和共振模式，分别称为人工表面等离极化激元和人工局域表面等离激元。而人工局域表面等离激元有两种模式，一种为径向独立的电模式，另一种为角向均匀的磁模式。近些年来，研究人员发现开槽螺旋双臂结构能够支持人工磁局域表面离激元的传播。又由于开槽螺旋双臂结构能够极大的增加槽深，而深度的增加不对它的物理尺寸造成太大影响，为制作深亚波长结构的功能器件提供了可能。但是目前研究中基于开槽螺旋双臂结构在平面内尚不能实现大角度弯曲传输。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构，采用开槽螺旋双臂结构，由于人工局域表面等离激元在此结构上能够激发磁模式，而磁模式具有角向均匀性的特点，也就是在各个方向上均能支持人工局域表面等离激元的传输，解决了目前研究现状中不能基于此类开槽螺旋双臂结构实现大角度弯曲传输的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构，包括介质基板、第一开槽螺旋双臂结构、第二开槽螺旋双臂结构和多个第三开槽螺旋双臂结构，所述第一开槽螺旋双臂结构、所述第二开槽螺旋双臂结构和多个第三开槽螺旋双臂结构均位于所述介质基板上，所述第一开槽螺旋双臂结构、所述第二开槽螺旋双臂结构和多个第三开槽螺旋双臂结构均包括两个螺旋臂，两个所述螺旋臂交错螺旋设置，且一端重合，所述第一开槽螺旋双臂结构和所述第二开槽螺旋双臂结构的中点连线与所述介质基板表面水平线具有第一旋转夹角，所述第二开槽螺旋双臂结构以中心连线方向为半径方向旋转第二旋转夹角。

其中，所述螺旋臂的圈数n大于或等于3，且小于或等于6。

其中，所述第一开槽螺旋双臂结构、第二开槽螺旋双臂结构和所述第三开槽螺旋双臂结构的直径均为10.6mm，厚度均为0.018mm，所述螺旋臂的宽度为0.2mm，所述第一开槽螺旋双臂结构、所述第二开槽螺旋双臂结构和所述第三开槽螺旋双臂结构中的两个所述螺旋臂的间距均为0.65mm。

其中，所述第一旋转夹角等于所述第二旋转夹角，大于或等于0°，且小于或等于90°。

其中，所述第一开槽螺旋双臂结构和所述第二开槽螺旋双臂结构的中心间距为10.8mm～21mm，所述第二开槽螺旋双臂结构和所述第三开槽螺旋双臂结构的中心间距为10.8mm～21mm。

本发明的一种全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构，通过所述第一开槽螺旋双臂结构和所述第二开槽螺旋双臂结构均位于所述介质基板上，所述第一开槽螺旋双臂结构和所述第二开槽螺旋双臂结构均包括两个螺旋臂，两个所述螺旋臂交错螺旋设置，且一端重合，所述第一开槽螺旋双臂结构和所述第二开槽螺旋双臂结构的中点连线与所述介质基板表面水平线具有第一旋转夹角β1，所述第二开槽螺旋双臂结构以中心连线方向为半径方向旋转第二旋转夹角β2。实现开槽螺旋双臂结构支持人工局域表面等离激元的传输，而人工局域表面等离激元磁模式的角向均匀性使得其在深亚波长范围内能够实现全向耦合传输。由缩比定理等比例地改变结构参数的尺度能够实现耦合结构中谐振频率频段的变化，从而实现在平面内大角度弯曲传输。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一开槽螺旋双臂结构的结构示意图；

图2是本发明全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构的结构示意图；

图3是单个第一开槽螺旋双臂结构或单个第二开槽螺旋双臂结构的螺旋圈数n变化时磁场强度测试结果示意图；

图4是单个第一开槽螺旋双臂结构或单个第二开槽螺栓双臂结构的旋转角度变化时谐振频率的测试结果示意图；

图5是人工磁局域表面等离激元的角向旋转耦合结构的旋转角度变化时谐振频率的测试结果示意图；

图6是人工磁局域表面等离激元的角向旋转耦合结构不同圈数n的旋转角度变化时测试结果示意图；

图中：100-全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构、1-第一开槽螺旋双臂结构、2-第二开槽螺旋双臂结构、3-介质基板、4-第三开槽螺旋双臂结构、121-螺旋臂。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，本发明提供一种全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构100，包括介质基板3、第一开槽螺旋双臂结构1、第二开槽螺旋双臂结构2和多个第三开槽螺旋双臂结构4，所述介质基板3为柔性介质基板3，为金、银、铜等良导体，材料为f4b，介电常数为2.5，所述第一开槽螺旋双臂结构1、所述第二开槽螺旋双臂结构2和多个第三开槽螺旋双臂结构4均位于所述介质基板3上，在柔性介质基板3上印制所述第一开槽螺旋双臂结构1和所述第二开槽螺旋双臂结构2，由缩比定理、等比例地改变本发明的结构参数尺度，能实现耦合结构中谐振频率的相应变化。所述第一开槽螺旋双臂结构1、所述第二开槽螺旋双臂结构2和多个第三开槽螺旋双臂结构4均为深亚波长结构，由良导体制成。所述第一开槽螺旋双臂结构1、所述第二开槽螺旋双臂结构2和多个第三开槽螺旋双臂结构4均包括两个螺旋臂121，两个所述螺旋臂121交错螺旋设置，且一端重合，所述第一开槽螺旋双臂结构1和所述第二开槽螺旋双臂结构2之间的间距为一个所述螺旋臂121的宽度，所述螺旋臂121的圈数n大于或等于3，且小于或等于6。所述第一开槽螺旋双臂结构1、第二开槽螺旋双臂结构2和多个第三开槽螺旋双臂结构4的直径r均为10.6mm，厚度均为0.018mm，所述螺旋臂121的宽度w为0.2mm，所述第一开槽螺旋双臂结构1、所述第二开槽螺旋双臂结构2和所述第三开槽螺旋双臂结构4中的两个所述螺旋臂121的间距g均为0.65mm。所述第一开槽螺旋双臂结构1和所述第二开槽螺旋双臂结构2的中心间距为10.8mm～21mm，所述第二开槽螺旋双臂结构2和所述第三开槽螺旋双臂结构4的中心间距为10.8mm～21mm。所述第一开槽螺旋双臂结构1和所述第二开槽螺旋双臂结构2的中点连线与所述介质基板3表面水平线具有第一旋转夹角β1，所述第二开槽螺旋双臂结构2以中心连线方向为半径方向旋转第二旋转夹角β2。所述第一旋转夹角等于所述第二旋转夹角，大于或等于0°，且小于或等于90°。所述第一开槽螺旋双臂结构1中心点与所述螺旋臂远离中心点的端点的连线与所述介质基板3的水平线平行，所述第二开槽螺旋双臂结构2中心点与所述第三开槽螺旋双臂结构4中心点的连线与所述介质基板3的水平线平行。所述第三开槽螺旋双臂结构4位于所述第二开槽旋转双臂结构2的一侧，且旋转第一旋转夹角。

采用基于有限积分法的仿真软件进行模型建立、数值与解析计算。具体地，建立结构参数为w＝0.2mm，g＝0.65mm，r＝5.3mm，n＝3的单个开槽螺旋双臂结构，同时对参数螺旋圈数n进行步进仿真。使用基于有限积分法的仿真软件进行数值与解析计算，结果如图3所示，为沿线段处的磁场强度关系图。从图3可以看出，随着旋转圈数n以步长1从3增加到6，可见线段上的磁场强度逐渐减小。

建立结构参数为w＝0.2mm，g＝0.65mm，r＝5.3mm，n＝3的单个开槽螺旋双臂结构，在激励和接收相同时对单个螺旋双臂结构和全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构100关于旋转所述第一旋转夹角β1和所述第二旋转夹角β2进行步进仿真。使用基于有限积分法的仿真软件进行数值与解析计算，结果分别如图4和图5所示，分别为单个第一开槽螺旋双臂结构或单个第二开槽螺旋双臂结构和全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构100的旋转所述第一旋转夹角β1和所述第二旋转夹角β2与频率的关系图。从图4和图5可知，随着旋转所述第一旋转夹角β1和所述第二旋转夹角β2的变化，单个和双人工磁局域表面等离激元耦合结构的谐振频率基本不变，即可以实现大角度传输特性。

建立结构在参数w＝0.2mm，g＝0.65mm，r＝5.3mm的全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构100，且两个结构的中心距离d分别为10.8mm、14.2mm、17.6mm、21mm，同时对人工磁局域表面等离激元的角向旋转耦合结构的圈数n进行步进仿真。使用基于有限积分法的仿真软件进行数值与解析计算，结果如图6，为参数n变化时旋转角度和频率的关系图。

图6表征了不同螺旋圈数n的旋转所述第一旋转夹角β1和所述第二旋转夹角β2与频率的关系图。随n的增大，谐振频率逐渐降低。而当旋转圈数n相同时，旋转所述第一旋转夹角β1和所述第二旋转夹角β2变化几乎不影响两个谐振频率，即可以实现大角度传输特性。

本发明的一种全向传输的人工磁局域表面等离激元角向旋转耦合结构100，通过所述第一开槽螺旋双臂结构1和所述第二开槽螺旋双臂结构2均位于所述介质基板3上，所述第一开槽螺旋双臂结构1和所述第二开槽螺旋双臂结构2均包括两个螺旋臂121，两个所述螺旋臂121交错螺旋设置，且一端重合，所述第一开槽螺旋双臂结构1和所述第二开槽螺旋双臂结构2的中点连线与所述介质基板3表面水平线具有第一旋转夹角β1，所述第二开槽螺旋双臂结构2以中心连线方向为半径方向旋转第二旋转夹角β2。实现开槽螺旋双臂结构支持人工局域表面等离激元的传输，而人工局域表面等离激元磁模式的角向均匀性使得其在深亚波长范围内能够实现全向耦合传输，从而实现在平面内大角度弯曲传输。由缩比定理等比例地改变结构参数的尺度能够实现耦合结构中谐振频率频段的变化。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。