Language
Country/Area
No result found
什么是「假表面等离子体」？它如何在微波和太赫兹频段工作？
随着科技的快速进步，对于微波和太赫兹频段的研究日益受到关注。在这个领域中，「假表面等离子体」(spoof surface plasmons) 通常成为学者们探讨的新兴技术。这些表面电磁波在具有变换介电常数的平面介面上传播，弥补了传统材料在微波和太赫兹频段上的不足。
假表面等离子体是一种表面等离子体极化子(SPP)，它们能够在红外线和可见光频段的金属及介电材料界面上自然而然地存在。
表面等离子体极化子之所以能在一般金属和介电材料界面上安然存在，是因为它们由渐近的电子震荡({"surface plasmon"})与电磁波({ "polariton"})整合而成。然而，这些表面等离子体极化子在微波和太赫兹频段并不能自然存在，因为金属的色散性质形成了这样的限制，因此需要借助人工设计的超构材料来创建假表面等离子体。
理论背景
表面等离子体极化子透过金属和具有负介电常数的材料的界面进行传输。这些波沿着界面传播，但在垂直于界面的方向上迅速衰减，形成所谓的「外部场」。对于一个在卡氏坐标系中沿着z方向进行分层的等离子体介质，SPPs的色散关系能通过解麦克斯韦方程组得出，但这里我们不进行数学公式的展现。
通常来说，SPPs在小于表面等离子体频率的频带中具有比自由空间中的光更短的波长，这使其在子波长光学和超越衍射极限的系统中展现出新的应用潜力。然而，对于如微波和太赫兹这样的低频带，SPP模式则是无法支持的，因为此频段的金属更像是完美的电导体。
假表面等离子体透过使用具有子波长结构的金属表面来模拟等离子体行为，与自然表面等离子体极化子具有相似的色散特性，这为其在技术应用上开辟了广阔的前景。
研究方法与应用
早在1996年，约翰·潘德里(John Pendry)等人首次提出利用子波长结构诱导低频等离子体激发的方法。他们预测，使用半径为1微米的金属细线形成的周期性晶格，可以支撑表面束缚模式，并预测了一个仪器的切断频率。
之后，随着研究的不断深入，潘德里等人于2004年进一步将这一思想扩展到有孔的金属表面，并将这些人工SPP激发称为「假表面等离子体」。随着技术的发展，研究者们也成功地在平面金属结构中实现了太赫兹脉冲的传播。
假表面等离子体被视为减少微波集成电路中串扰的一种可行方案。
在2013年，有研究者展示了从具有50Ω特征阻抗的共面波导到假表面等离子体结构的匹配转换。这样的发展不仅能够延展到6到20GHz的频率范围内，且增益可达20dB。此外，报告中还显示了慢波假表面等离子体传输线的设计。
这些进展不仅推动了学术界对于假表面等离子体的深入理解，也极大地促进了其在微波和太赫兹技术中的应用。因此，新型的设计及优化假表面等离子体结构将有助于提高相关设备的性能，并带来更多的技术革新。
未来，假表面等离子体会迎来怎样的科技高潮，是否会改变我们对微波和太赫兹技术的认知？
