【《人工表面等离子激元研究现状及应用研究文献综述》1600字】

致谢-PAGE128--PAGE127-人工表面等离子激元研究现状及应用研究文献综述20世纪初期，科学家首次观察到SPPs。经过数十年的发展，尤其是DavidPines从理论上阐述了这种奇怪的现象后进入了一个新的篇章[20]，其中他指出这应该是自由电子在金属里边运动而引起快速电子击穿金属后的能量损失。在1960年，E.A.Stren和R.A.Farrel[21]等人首次给出了表面等离子激元的概念，探讨电磁波产生所需的条件，研究了这种结构的色散特性。自SPPs被大众认识后，在光波段就不断完善，广泛应用于许多重要领域，如滤波器[22,23]、SPPs电路[24]、生物探测[25,26]和天线[27,28]等。鉴于在光波段SPPs的优良特性，科学家们更开始关注在低频领域的相关应用。2003年，《Nature》期刊登载了一篇由Ebbesen团队写作的有关SPPs的文章[29]，使更多的人开始关注并研究SPPs。如图1.1所示为金属-介质交界面所激励的SSPs的示意图。图1.1：金属-介质交界面上激励起的SPPs示意图2004年，帝国理工大学的J.B. Pendry等人提出通过在导体表面穿孔可实现低频段的表面波[30]。如图1.2所示，当这种有孔的结构被电磁波入射时，会表现出类似光波段的SPPs的色散属性及亚波长束缚特性，之后在学术上被人们命名为人工表面等离子激元[31-34]（SSPPs）。图1.2在金属表面开孔结构2010年，Martin-Cano等科研人员提出了一种Domino形的SSPPs波导结构[35]，这种结构在亚波长这个领域对电磁波有一定的束缚效应，Domino形式的结构在设计思路上是非常简单的，而且实际加工也是易操作的。根据英国的Pendry教授2012年提出的等效媒质理论的说法，如果通过刻蚀一些规律的周期凹槽，那么就可以在太赫兹/微波这样的低频段实现一些类似于在光波段的局域表面等离子体(LocalizedSurfacePlasmons，LSPs)[36]的特性，也正是在这之后提出了一系列的结构，如：spoofLSPs/SLSPs。2013年，人们提出了用复合右/左手结构(CRLH)[37]设计平面LWA，以实现宽带增益的一致性[38]。这种基于CRLH材料的LWA设计需要金属片和具有两个金属层的通孔布置。2014年，我国东南大学这方面的前沿团队——崔铁军团队同上述的Pendry教授等人在谐振器上开槽发现了一种新型的SLSPs磁谐振结构[39]，从实际的结构发现这谐振模式与传统光波段的谐振结构的特性有着很大的不同。2016年，孔故生提出了一种通过带有渐变凹槽的金属波纹条带和开口结构直接辐射SSPPs模式的有效方法[40,41]，如图1.3所示。渐变凹槽的金属波纹条带成功解决了从SSPPs模式到辐射模式的波数失配。图1.3非对称SSPPs天线的辐射单元2017年，Y.J.Han提出基于SSPPs结构的多波束天线[42]，该天线采用了单极子对多个金属波纹条带耦合馈电，其全向辐射。在此之后，提出了各种SSPPs结构，包括如图1.4所示的周期槽[43]、孔[44]、缝[45]、块[46]、贴片[47-51]等结构。采用低成本PCB技术，通过在柔性的薄膜材料上制作样品，这样就实现了超薄特性[52,53]，同时在这一技术上也设计出了SSPPs漏波天线[54,55]。通过实际中的研究，他们发现了这种SSPPs的色散特性[56,57]和传输特性[58-60]，它们的特性与金属层上刻蚀的槽/孔的几何特性、介质板材质存在着一定的关联性。所以我们可以对金属条带上所刻蚀的几何结构做研究，亦或是探讨介质基板的材料，来改变SSPPs传输特性与色散特性。图1.4V型槽结构从上述研究可以看出人工表面等离子激元的研究频段逐渐由光波段向毫米波/微波频段过度；研究特性逐渐从传输向辐射扩展；结构形式也越来越多样化。参考文献[1] GeS,ZhangQ,ChiuC,etal.SingleSideScanningSurfaceWaveguideLeaky-WaveAntennausingSpoofSurfacePlasmonExcitation[J].IEEEAccess,2018,6(5):66020-66029.[2] SharawiMS,IkramM,ShamimA.ATwoConcentricSlotLoopBasedConnectedArrayMIMOAntennaSystemfor4G/5GTerminals[J].IEEETransactionsonAntennas&Propagation,2017,65(12):6679-6686.[3] XingZ,YeoSP,LingCO.DecouplingofInverted-FAntennasWithHigh-OrderModesofGroundPlanefor5GMobileMIMOPlatform[J].Antennas&PropagationIEEETransactionson,2018,66(9):4485-4495.[4] FanY,WangJ,LiY,etal.FrequencyScanningRadiationbyDecouplingSpoofSurfacePlasmonPolaritonsviaPhaseGradientMetasurface[J].IEEETransactionsonAntennas&Propagation,2018,66(1):203-208.[5] KaivantoEK,BergM,SalonenE,etal.WearableCircularlyPolarizedAntennaforPersonalSatelliteCommunicationandNavigation[J].IEEETransactionsonAntennas&Propagation,2011,59(12):4490-4496.[6] JacksonDR,OlinerAA.ALeaky-WaveAnalysisoftheHigh-GainPrintedAntennaConfiguration[J].IEEETransactionsonAntennas&Propagation,1988,36(7):905-910.[7] OmarAA,DibNI.UsingSuperformulatoMiniaturizeCPWRatRaceCoupler[J].AppliedComputationalElectromagneticsSocietyjournal,2018,33(12):1397-1401.[8] El-HameedA,BarakatA,Abdel-RahmanAB,etal.DesignofLow-LossCoplanarTransmissionLinesUsingDistributedLoadingforMillimeter-WavePowerDivider/CombinerApplicationsin0.18-μmCMOSTechnology[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2018,16(12):5221-5229.[9] WangM,MaHF,TangWX,etal.Leaky-WaveRadiationswithArbitrarilyCustomizablePolarizationsBasedonSpoofSurfacePlasmonPolaritons[J].PhysicalReviewApplied,2019,12(1):14036-14047.[10] KianinejadA,ChenZN,QiuCW.DesignandModelingofSpoofSurfacePlasmonModes-BasedMicrowaveSlow-WaveTransmissionLine[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheory&Techniques,2015,63(6):1817-1825.[11] RenB,LiW,QinZ,etal.LeakyWaveAntennaBasedonPeriodicallyTruncatedSSPPWaveguide[J].Plasmonics,2020,15(2):551-558.[12] PourghorbanSaghatiA,MirsalehiMM,NeshatiMH.AHMSIWCircularlyPolarizedLeaky-WaveAntennawithBackward,Broadside,andForwardRadiation[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,2014,13:451-454.[13] ChangTN,TsaiGA.Awidebandcoplanarwaveguide-fedcircularlypolarizedantenna[J].IETMicrowaves,Antennas&Propagation,2008,2(4):343-347.[14] Sanchez-EscuderosD,Ferrando-Batalle