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表面等离子体激元的原理与应用
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作者 王强 陈泳竹 《材料研究与应用》 CAS 2024年第1期81-94,共14页
光与物质之间的相互作用,被视为光学应用的最基础物理问题。由光与凝聚态物质之间的相互作用形成的表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs),是一种新型的元激发准粒子,因其具有独特的色散和局域场增强特性引起广泛关注。S... 光与物质之间的相互作用,被视为光学应用的最基础物理问题。由光与凝聚态物质之间的相互作用形成的表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs),是一种新型的元激发准粒子,因其具有独特的色散和局域场增强特性引起广泛关注。SPPs器件打破了传统光学衍射限制,在纳米光子器件中有独特优势,应用于微纳光子学的前沿研究。阐述了SPPs的色散关系、激发方式、传播形式和物理性质,重点探讨了SPPs在波导、近场光学、传感器、生物医疗、光子芯片、表面增强拉曼散射和太阳能电池等方面的应用,并提出了研究前景。 展开更多
关键词 表面等离子体 衍射极限 局域场增强 表面等离子体共振 亚波长光学应用 波导 光子芯片 原理
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局域表面等离子体激元在光电器件中的应用 被引量:1
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作者 王纯子 黄凯 《宜春学院学报》 2015年第3期14-17,57,共5页
随着微加工技术和纳米技术的迅速发展,表面等离子体技术在光电子器件的微型化和集成化上得到了广泛应用,受到了物理、化学、生物、以及医学等多个领域人士的极大关注。局域表面等离子体(LSPs)由于具有独特的传播、激发、以及表面电磁场... 随着微加工技术和纳米技术的迅速发展,表面等离子体技术在光电子器件的微型化和集成化上得到了广泛应用,受到了物理、化学、生物、以及医学等多个领域人士的极大关注。局域表面等离子体(LSPs)由于具有独特的传播、激发、以及表面电磁场的局域增强特性,使得其在各个领域的应用有着显著的优势。文章叙述了LSP的相关特性及影响其共振频率的几个因素。分析了LSP在光伏电池、光电探测器和发光二极管(LED)等领域的应用,包括最近几年所取得的一些重要进步,并着重介绍了我们小组近期在这些方面研究所取得的成果。 展开更多
关键词 局域表面等离子体(lsp) 金属纳米颗粒 发光二极管(LED)
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中远红外波段周期凹槽金属表面的等离子体激元 被引量:2
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作者 朱方明 李军 胡克用 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期110-117,共8页
对中远红外波段周期凹槽金属表面结构上传播的表面等离子体激元(SPPs)进行了研究,结果表明金属表面刻周期凹槽可以显著降低人工SPPs的渐近频率,并能提高金属表面对电磁场的约束能力.进一步研究了该波段金属的吸收损耗对人工SPPs(SSPPs)... 对中远红外波段周期凹槽金属表面结构上传播的表面等离子体激元(SPPs)进行了研究,结果表明金属表面刻周期凹槽可以显著降低人工SPPs的渐近频率,并能提高金属表面对电磁场的约束能力.进一步研究了该波段金属的吸收损耗对人工SPPs(SSPPs)特性的影响,结果显示基于刻槽周期表面结构,不仅可以获得场的亚波长约束,还可以实现长距离传输.通过对电磁波沿该表面结构传输特性的模拟,验证了表面结构所支持的SSPPs的导波能力.该表面结构对设计和开发中远红外波段的新型集成导波器件具有参考意义. 展开更多
关键词 波导光学 表面等离子体 中远红外波段 波导 亚波长约束
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突破衍射极限的表面等离子体激元 被引量:6
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作者 陈燕坤 韩伟华 +2 位作者 李小明 杜彦东 杨富华 《光电技术应用》 2011年第4期39-44,共6页
表面等离子体激元是外部电磁场诱导金属表面自由电子的集体共振,产生沿金属-介质界面传输的表面波,具有亚波长局域、近场增强和新颖的色散特性,在纳米光子学中发挥着重要的角色。利用表面等离子体激元构成的光学器件能够突破衍射极限,... 表面等离子体激元是外部电磁场诱导金属表面自由电子的集体共振,产生沿金属-介质界面传输的表面波,具有亚波长局域、近场增强和新颖的色散特性,在纳米光子学中发挥着重要的角色。利用表面等离子体激元构成的光学器件能够突破衍射极限,实现微电子与光子在同一个芯片上的集成。系统介绍了表面等离子体激元的基本原理,及其在光波导、探测器、调制器和太阳能电池等方面的重要应用。 展开更多
关键词 表面等离子体 纳米光子学 表面等离子体光学器件
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金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池光电转换效率的研究进展 被引量:1
5
作者 沙春芳 李衡 +1 位作者 杨潇 盛传祥 《光电子技术》 CAS 北大核心 2013年第4期217-225,共9页
介绍了应用金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池效率的最新研究进展。表面等离子体激元的激发取决于纳米结构的材料、尺寸、形状、密度、和周围的电介质环境等参数。调控这些参数,可以有效利用金属纳米结构增加有机太阳... 介绍了应用金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池效率的最新研究进展。表面等离子体激元的激发取决于纳米结构的材料、尺寸、形状、密度、和周围的电介质环境等参数。调控这些参数,可以有效利用金属纳米结构增加有机太阳能电池活性层的光吸收,同时金属纳米结构表面增强的电场可促进光激子解离为载流子。因此,应用金属纳米结构的表面等离子体激元将是进一步增加有机太阳能电池的光电转换效率的重要方案。 展开更多
关键词 表面等离子体 有机太阳能电池 金属纳米颗粒
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非周期三角光栅表面等离子体激元透镜研究 被引量:1
6
作者 史林兴 何建明 汤炳书 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1235-1239,共5页
提出了一种新的表面等离子体激元透镜结构,该结构通过在两个亚波长小孔的外表面放置非周期的三角形电介质光栅实现对入射光束的有效汇聚。利用时域有限差分法(FDTD)计算了该结构中的稳态电磁场分布,讨论了光栅数目对成像特性的影响,计... 提出了一种新的表面等离子体激元透镜结构,该结构通过在两个亚波长小孔的外表面放置非周期的三角形电介质光栅实现对入射光束的有效汇聚。利用时域有限差分法(FDTD)计算了该结构中的稳态电磁场分布,讨论了光栅数目对成像特性的影响,计算发现,聚焦光斑可能出现一个、二个甚至三个;探讨了光栅折射率对成像的影响,发现在一定介质范围内,随着折射率的增大,焦距也随之增大;除此之外,亚波长小孔的数目、光栅中心距离小孔的位置及中间无三角形等因素都在不同程度上对透镜的成像特性有一定影响。 展开更多
关键词 三角形光栅 表面等离子体透镜 时域有限差分法
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表面等离子体激元共振的场增强理论研究 被引量:1
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作者 刘家源 安志勇 +1 位作者 李亚红 崔士宝 《光电技术应用》 2015年第4期11-15,54,共6页
构建了一种绝缘体-金属-绝缘体的表面等离子体激元的产生界面,根据麦克斯韦方程组及边界条件,分析了金属表面的色散特性,同时利用时域有限差分(FDTD)方法分别模拟了Bow-tie纳米结构和矩形纳米结构在单光源辐射下的场增强效应,以及双Bow-... 构建了一种绝缘体-金属-绝缘体的表面等离子体激元的产生界面,根据麦克斯韦方程组及边界条件,分析了金属表面的色散特性,同时利用时域有限差分(FDTD)方法分别模拟了Bow-tie纳米结构和矩形纳米结构在单光源辐射下的场增强效应,以及双Bow-tie纳米结构分别在单、双光源辐照下的场增强效果,通过对比分析模拟结果可发现,在等离子体激元共振的场增强中电荷的尖端效应发挥着重要作用,而且场增强幅度与纳米结构之间的距离有关,只有当纳米结构之间的距离合适时,才能使其获得最大场增强效应。 展开更多
关键词 表面等离子体 色散特性 时域有限差分 场增强 尖端效应
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电子注激励石墨烯表面等离子体激元的研究
8
作者 龚森 胡旻 +4 位作者 钟任斌 陈晓行 张平 赵陶 刘盛纲 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期71-76,共6页
对垂直与平行运动电子注激励石墨烯表面等离子体激元进行了详细分析与对比。理论分析与数值计算的结果表明,电子注垂直激励时,石墨烯表面等离子体激元包含丰富的频率分量,沿传播方向衰减,并伴随有度越辐射;平行激励时,其工作频率可通过... 对垂直与平行运动电子注激励石墨烯表面等离子体激元进行了详细分析与对比。理论分析与数值计算的结果表明,电子注垂直激励时,石墨烯表面等离子体激元包含丰富的频率分量,沿传播方向衰减,并伴随有度越辐射;平行激励时,其工作频率可通过调节电子注能量或石墨烯化学势进行调谐,且沿传播方向没有衰减,没有渡越辐射。优化电子注能量与石墨烯化学势等参数可使电子注激励的石墨烯表面等离子体激元具有最大功率。电流密度大于500 A/cm2的直流电子注可与石墨烯表面等离子体激元发生注波互作用,从而对其进行持续地激励并放大。 展开更多
关键词 电子注 石墨烯 表面等离子体 太赫兹 频率调谐
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电子注激励微纳缝阵列耦合表面等离子体激元(英文)
9
作者 龚森 胡旻 +4 位作者 钟任斌 陈晓行 张平 赵陶 刘盛纲 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期707-711,共5页
提出了一种电子注激励表面等离子体激元(SPPs)的新机制。平行运动电子注首先激励微纳缝阵列上的仿表面等离子体激元(MSPPs),以被激励的MSPPs为源耦合激励金属表面的相干可调的SPPs。数值计算与粒子模拟的结果表明该激励方式对于激励SPP... 提出了一种电子注激励表面等离子体激元(SPPs)的新机制。平行运动电子注首先激励微纳缝阵列上的仿表面等离子体激元(MSPPs),以被激励的MSPPs为源耦合激励金属表面的相干可调的SPPs。数值计算与粒子模拟的结果表明该激励方式对于激励SPPs具有重大的优势。基于这种机制,SPPs能被距离金属表面任意远的电子注有效激励耦合。耦合激励的SPPs的衰减时间与被激励的MSPPs一致,其场幅值比同等条件下电子注直接激励的SPPs场幅值大两个数量级。因此,这种新的激励机制可能对SPPs的应用具有重大意义。 展开更多
关键词 耦合 电子注 微纳缝阵列 表面等离子体
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基于二维表面等离子体激元的微结构
10
作者 章蓓 栾峰 +7 位作者 徐军 金艳波 徐万劲 张会珍 钱怡 马骁宇 朱恪 刘玉龙 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2002年第4期476-478,486,共4页
在介电常数符号相反的两个材料的界面处可激发出表面等离子体激元 (Surface plasmon)。文中利用普通扫描电子显微镜中出现的电子束诱导沉积纳米碳基本现象 ,提出和发展了一种无需光刻胶和额外掩模的亚微米图形化技术。采用这一新方法 ,... 在介电常数符号相反的两个材料的界面处可激发出表面等离子体激元 (Surface plasmon)。文中利用普通扫描电子显微镜中出现的电子束诱导沉积纳米碳基本现象 ,提出和发展了一种无需光刻胶和额外掩模的亚微米图形化技术。采用这一新方法 ,成功地在镀金的半导体 In Ga Al P量子阱表面制备了各种亚微米点阵结构 。 展开更多
关键词 电子束诱导沉积 表面等离子体 铟镓铝磷量子阱 光致发光 纳米碳
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基于表面等离子体激元的金属透镜聚焦研究
11
作者 王巧霞 贾森 +2 位作者 李娣娜 宋蓓 温利平 《科技创新与应用》 2018年第32期35-36,39,共3页
表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)是由金属表面的自由电子随入射光的光子集体共振,产生在金属-介质界面的一种非辐射表面电磁模式。其具有亚波长约束、近场增强和异常色散等特点使得在亚波长尺度的金属结构中对光场... 表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)是由金属表面的自由电子随入射光的光子集体共振,产生在金属-介质界面的一种非辐射表面电磁模式。其具有亚波长约束、近场增强和异常色散等特点使得在亚波长尺度的金属结构中对光场实现局域化和导波成为可能,这些聚焦结构在纳米光子集成、光密集存储、生物技术、超分辨成像等领域具有巨大的应用前景。文章在总结表面等离子体激元的理论和实验的基础上,对亚波长金属透镜的聚焦深入分析,优化结构使其在纳米尺度内能够对光场进行有效的调控和聚焦。 展开更多
关键词 表面等离子体 衍射极限 金属透镜 光束聚焦
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Au表面等离子体激元激发的扫描探针电子能谱 被引量:1
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作者 刘文杰 徐春凯 +2 位作者 耿立威 徐克尊 陈向军 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期279-282,共4页
结合扫描隧道显微镜(STM)与电子能谱仪是实现表面微区元素分析的途径之一.我们将环形电子能量分析仪器和三维扫描探针系统相结合,建立了一台扫描探针电子能谱(SPEES).通过测量针尖近场发射束流激发的Au表面能量损失谱,我们用研究了Au原... 结合扫描隧道显微镜(STM)与电子能谱仪是实现表面微区元素分析的途径之一.我们将环形电子能量分析仪器和三维扫描探针系统相结合,建立了一台扫描探针电子能谱(SPEES).通过测量针尖近场发射束流激发的Au表面能量损失谱,我们用研究了Au原子的等离子体激元激发现象.进一步通过改变针尖一样品距离,我们研究了Au等离子体激元峰与弹性散射峰的强度比随针尖一样品距离变化的关系.研究结果发现该强度比与针尖一样品距离的关系并不是单调变化。 展开更多
关键词 扫描探针电子能谱 表面等离子体 能量损失谱
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一种基于人工表面等离子体激元的小型化低剖面天线 被引量:1
13
作者 张胜 宋建宇 +3 位作者 黄若琳 王宁宁 沈晓鹏 程德强 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2023年第1期51-56,共6页
针对高度集成化移动设备对贴片天线小型化与低剖面的需求,提出了一款基于人工表面等离子体激元(SSPPs)的小型化高效率低剖面端射天线,通过在传统孔型单元中引入叉指分支,可有效减小SSPPs传输线的宽度,从而实现天线小型化。该设计结合SS... 针对高度集成化移动设备对贴片天线小型化与低剖面的需求,提出了一款基于人工表面等离子体激元(SSPPs)的小型化高效率低剖面端射天线,通过在传统孔型单元中引入叉指分支,可有效减小SSPPs传输线的宽度,从而实现天线小型化。该设计结合SSPPs传输线非对称结构和导向枝节结构,实现了天线的端射,并兼具单层低剖属性。实测结果表明,该天线的工作带宽为8.68~9.25 GHz,且在整个工作带宽范围内天线的平均增益和辐射效率分别达到10.05 dB和91.5%。 展开更多
关键词 人工表面等离子体 端射 小型化 低剖面
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基于表面等离子体激元的新型金属光栅波导的研究 被引量:1
14
作者 张建伟 蔡祥宝 连艳杰 《南京邮电大学学报(自然科学版)》 2011年第5期104-107,共4页
对基于表面等离子体激元的五层金属光栅透射现象进行了分析研究。根据仿真得出的透射和发射谱线,分析得出五层金属光栅有良好的增透效果。研究中发现在1 550 nm通信波段附近,通过改变金属光栅的周期长度,可以对反射谱进行波长调谐,实现... 对基于表面等离子体激元的五层金属光栅透射现象进行了分析研究。根据仿真得出的透射和发射谱线,分析得出五层金属光栅有良好的增透效果。研究中发现在1 550 nm通信波段附近,通过改变金属光栅的周期长度,可以对反射谱进行波长调谐,实现增透波长的选择。 展开更多
关键词 五层光栅波导 时域有限差分法 表面等离子体 反射谱
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基于新型蝶形单元结构人工表面等离子体激元低通陷波滤波器的设计 被引量:6
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作者 李绪平 张佳翔 +1 位作者 杨海龙 席晓莉 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期1327-1335,共9页
为降低滤波器的插入损耗以及实现滤波器的小型化,该文提出一种新型具有陷波功能的人工表面等离子体激元(SSPPs)低通滤波器,该滤波器主要由新型蝶形单元结构、过渡结构以及用于实现陷波功能的叉指电容环路谐振器(IDCLLR)结构组成。新型... 为降低滤波器的插入损耗以及实现滤波器的小型化,该文提出一种新型具有陷波功能的人工表面等离子体激元(SSPPs)低通滤波器,该滤波器主要由新型蝶形单元结构、过渡结构以及用于实现陷波功能的叉指电容环路谐振器(IDCLLR)结构组成。新型蝶形单元结构是由一个椭圆形贴片向左右方向旋转30°构成,经过镂空处理后可以显著降低插入损耗,相比传统的矩形和椭圆形结构具有更好的色散特性,大大提高了滤波器的带内的平坦度和带外抑制能力。该文对矩形、椭圆形、梯形以及新型蝶形等不同单元结构的色散曲线进行了分析,并仿真分析了滤波器的S21和S11曲线,验证了新型蝶形单元结构在色散特性、插入损耗、低截止频率和带外抑制方面所具有的优势。最后,对该滤波器进行了加工和测试,测试结果表明,该滤波器仿真结果和测试结果吻合较好,表现出较好的带外抑制和带内平坦度,可以实现对特定干扰频段陷波抑制。滤波器尺寸为0.98λ_(0)×0.17λ_(0)。该人工表面等离子体激元滤波器从设计新型单元结构的角度出发,实现了良好性能的同时,实现了滤波器的小型化。 展开更多
关键词 低通陷波滤波器 人工表面等离子体 色散特性
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石墨烯光栅结构的表面等离子体激元研究 被引量:1
16
作者 刘翰青 刘培国 《微波学报》 CSCD 北大核心 2018年第A01期286-288,共3页
石墨烯表面等离子体激元的研究得到了越来越广泛的关注。本文通过将单层石墨烯与光栅相结合,设计出一种新型激励模型。通过外加偏置电压改变石墨烯化学势可改变其电导率,从而实现对表面等离子体激元的动态调制。另外,本文还进一步探究... 石墨烯表面等离子体激元的研究得到了越来越广泛的关注。本文通过将单层石墨烯与光栅相结合,设计出一种新型激励模型。通过外加偏置电压改变石墨烯化学势可改变其电导率,从而实现对表面等离子体激元的动态调制。另外,本文还进一步探究了光波在斜入射情况下石墨烯表面等离子体激元的模式分裂情况。 展开更多
关键词 表面等离子体 石墨烯 光栅 谐振峰
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表面等离子体-微腔激元对顶入射有机薄膜太阳能电池光吸收效率的增强 被引量:4
17
作者 金玉 王康 +2 位作者 邹道华 吴志军 相春平 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期1532-1538,共7页
为了提高顶入射有机薄膜太阳能电池(TOSCs)的光吸收效率,我们将周期性矩形光栅结构引入到TOSCs中,分析了具有光栅结构的空气/Ag_1/有源层/Ag_2/空气(IMIMI)结构理想模型中复合表面等离子激元(SPPs)与微腔模式的耦合机制。通过调节光栅... 为了提高顶入射有机薄膜太阳能电池(TOSCs)的光吸收效率,我们将周期性矩形光栅结构引入到TOSCs中,分析了具有光栅结构的空气/Ag_1/有源层/Ag_2/空气(IMIMI)结构理想模型中复合表面等离子激元(SPPs)与微腔模式的耦合机制。通过调节光栅周期和有源层厚度,实现了复合SPPs、微腔模式以及有机材料本征吸收3个区域的重合。由于复合SPPs与微腔模式的反交叉耦合作用形成了表面等离子体-微腔激元,其局域场增强作用有效地提高了有源层的光吸收效率,提高了近19%。 展开更多
关键词 顶入射有机薄膜太阳能电池(TOSCs) 表面等离子 等离子体-微腔 矩形光栅
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基于人工表面等离子激元的高扫描率THz双波束漏波天线
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作者 程慧乾 白育堃 《雷达科学与技术》 北大核心 2024年第6期697-702,共6页
本文提出了一种工作在太赫兹频段的紧凑型高增益、高扫描率双波束漏波天线,该天线由两个具有相同调制周期的半模集成波导(HMSIW)漏波天线和一个功率回收结构组成。前者在HMSIW的顶部表面蚀刻周期性槽以引入人工表面等离子激元(SSPP)慢... 本文提出了一种工作在太赫兹频段的紧凑型高增益、高扫描率双波束漏波天线,该天线由两个具有相同调制周期的半模集成波导(HMSIW)漏波天线和一个功率回收结构组成。前者在HMSIW的顶部表面蚀刻周期性槽以引入人工表面等离子激元(SSPP)慢波效应,通过向周期性槽引入正弦调制,使得在接近SSPP截止频率的窄带宽内实现高扫描率的漏波辐射,后者通过在两个漏波天线之间加功率回收结构,产生两个对称的波束,从而进一步提高了天线的波束扫描率。结果表明,在工作频段1.25~1.31 THz(相对带宽4.6%)内,双波束扫描角度为80°,波束扫描率为17.4,最大增益达到了14.4 dBi,此外天线结构由一维扩展到二维,整体尺寸较小,在太赫兹无线通信和雷达探测系统中具有较大的应用潜力。 展开更多
关键词 漏波天线 高扫描率 半模集成波导 人工表面等离子体
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基于人工表面等离子体激元的毫米波高扫描率四波束漏波天线
19
作者 彭臻 翟国华 +2 位作者 黄代鑫 任继山 高建军 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期223-228,共6页
为灵活控制波束以增强多目标探测和跟踪功能,研制了基于人工表面等离子体激元(SSPP)的毫米波四波束高扫描率漏波天线(LWA)。根据正弦电抗调制叠加理论,对基片集成波导(SIW)槽缝形成的SSPP结构进行多周期性叠加调控,实现四波束扫描LWA。... 为灵活控制波束以增强多目标探测和跟踪功能,研制了基于人工表面等离子体激元(SSPP)的毫米波四波束高扫描率漏波天线(LWA)。根据正弦电抗调制叠加理论,对基片集成波导(SIW)槽缝形成的SSPP结构进行多周期性叠加调控,实现四波束扫描LWA。为改善天线的法向辐射性能,在SIW下表面周期性开槽,消除LWA的阻带效应。对设计的LWA进行加工和测试,结果表明在29 GHz~30.2 GHz的频带内,该天线的四个波束能从-52°连续扫描到+22°,扫描率达到18°/%BW,节约了频谱资源,并提高了多目标探测效率。 展开更多
关键词 多波束 人工表面等离子体(SSPP) 漏波天线 毫米波天线
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基于人工表面等离子体激元的小型化低通双陷波滤波器
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作者 张胜 于梦杰 +3 位作者 解鑫 李大妮 曹为为 程德强 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第6期804-808,共5页
该文提出了一种由单边复合周期人工表面等离子体激元(SSPPs)波导和叉指谐振器构成的新型小型化低通双陷波滤波器。该滤波器首先去除了传统SSPPs滤波器的模式转换结构,有效地减小了滤波器的尺寸,从而实现滤波器的小型化。此外,该滤波器... 该文提出了一种由单边复合周期人工表面等离子体激元(SSPPs)波导和叉指谐振器构成的新型小型化低通双陷波滤波器。该滤波器首先去除了传统SSPPs滤波器的模式转换结构,有效地减小了滤波器的尺寸,从而实现滤波器的小型化。此外,该滤波器分别在SSPPs传输线和底部金属板引入叉指谐振器,从而产生两个传输零点,实现了两个可独立调谐的陷波。仿真与实测结果均表明,该文所提出的滤波器具有较高的传输效率,其截止频率为8.3 GHz,带内的回波损耗低于16.6 dB,陷波抑制均达到20 dB。 展开更多
关键词 人工表面等离子体 小型化 复合周期 陷波
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