武博 林沂 吳逢川 陳孝樟 安強(qiáng) 劉燚 付云起

(國防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院電子科學(xué)系,長沙 410073)

基于Rydberg 原子的量子微波測量技術(shù)具有自校準(zhǔn)、可溯源、高靈敏度的顯著優(yōu)點(diǎn),針對(duì)如何提高量子微波測量靈敏度的問題,本文從經(jīng)典電磁理論出發(fā),提出一種終端短路的1/4 波長平行板傳輸線諧振器電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu).運(yùn)用場路結(jié)合的分析方法以及等效電路方法,求解平行板傳輸線諧振器結(jié)構(gòu)端口的反射系數(shù)為0.91;利用場的分析方法推導(dǎo)出端口電場強(qiáng)度隨時(shí)間變化的解析表達(dá)式,進(jìn)行時(shí)域分析,繪制了平行板傳輸線諧振器端口的電場強(qiáng)度瞬態(tài)響應(yīng)曲線,得出平行板傳輸線諧振器建立穩(wěn)態(tài)的時(shí)間為10 ns.研究表明,隨著平行板間距的減小,電場強(qiáng)度增強(qiáng)倍數(shù)迅速升高,功率密度壓縮能力大幅提升.利用|69D5/2〉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)在2.1 GHz 可實(shí)現(xiàn)25 dB 的電場強(qiáng)度增強(qiáng).本文的研究工作有望在原子測量能力基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高測量靈敏度,推動(dòng)量子微波測量技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展.

1 引言

基于Rydberg 原子的量子微波測量技術(shù)是一種新型的微波測量技術(shù),通過將微波場強(qiáng)信息轉(zhuǎn)化為高精度的原子譜線信號(hào),實(shí)現(xiàn)電磁波信號(hào)的測量與信息獲取[1?3].該技術(shù)具有自校準(zhǔn)和可溯源的顯著優(yōu)點(diǎn)[4],基于Rydberg 原子的量子微波測量研究最早可追溯到法國科學(xué)家Haroche[5]提出的基于單原子的微波單光子非破壞高靈敏測量,相關(guān)工作獲得2012 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),但是,該系統(tǒng)要求在真空、超低溫的環(huán)境下工作,因此其應(yīng)用場景受到限制.2012 年,美國俄克拉荷馬大學(xué)的Shaffer團(tuán)隊(duì)[6]利用Rydberg 原子的電磁誘導(dǎo)透明(electromagnetically-induced transparency,EIT)和奧特勒-湯斯(Autler-Townes,AT)分裂效應(yīng)測量微波電場強(qiáng)度,測量靈敏度為30 μV·cm–1·Hz–1/2,這種電場強(qiáng)度測量可在室溫、開放的環(huán)境中進(jìn)行,測量值直接溯源至基本物理常數(shù),實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn),而且豐富的原子能級(jí)使得該測量方法可用于寬頻譜微波信號(hào)的測量.鑒于量子微波測量技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn),美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)及軍方大力資助美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室開展基于Rydberg 原子的量子微波測量技術(shù)研究.2018 年,美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室公開了電小尺度原子傳感器的研究成果[7],結(jié)果表明工作頻率為10 MHz 時(shí),采用3.5 cm原子氣室探頭的量子微波接收機(jī)通信容量比采用7 cm 傳統(tǒng)天線的經(jīng)典接收機(jī)通信容量高4 個(gè)數(shù)量級(jí),而且工作頻率越低,通信容量提高越明顯.后續(xù)研究人員將Rydberg 量子傳感器的應(yīng)用拓展到調(diào)幅信號(hào)[8?10]、調(diào)頻信號(hào)[11]、脈沖響應(yīng)特性[12]、調(diào)相信號(hào)[13]、立體聲播放器[14]以及一體化集成探頭[15,16]等.

特別地,研究人員已從理論上證明其靈敏度極限高達(dá)–220 dBm/Hz(10 pV·cm–1·Hz–1/2)[17],遠(yuǎn)超經(jīng)典接收機(jī)靈敏度極限–174 dBm/Hz(室溫)[8],同時(shí)學(xué)者們圍繞如何提高靈敏度的實(shí)驗(yàn)測量值提出解決思路.2020 年,山西大學(xué)賈鎖堂等[18]采用空間超外差的方法將靈敏度提高到(55 nV·cm–1·Hz–1/2);2022 年,中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所劉紅平等[19]通過對(duì)激光、微波的綜合參數(shù)優(yōu)化,進(jìn)一步將靈敏度提高到–158 dBm/Hz(12.5 pV·cm–1·Hz–1/2).受限于原子相互作用、原子多普勒偏移、激光散粒噪聲等因素,基于Rydberg 原子的量子微波靈敏度測量能力尚未達(dá)到經(jīng)典接收機(jī)水平[20].為了在現(xiàn)有量子測量能力基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高靈敏度,從經(jīng)典電磁理論出發(fā),Holloway等[21]提出集成縫隙結(jié)構(gòu)的原子氣室,在很小的空間內(nèi)將入射的電場強(qiáng)度進(jìn)行放大,將電場強(qiáng)度放大18.6 倍(25 dB),但此結(jié)構(gòu)加工制作較為復(fù)雜.在此基礎(chǔ)上,該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出利用開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)入射微波場的諧振增強(qiáng)[22].2022 年,美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)Holloway等[23]將原子射頻接收器的靈敏度提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí),在1.3 GHz 頻率處利用開口諧振環(huán)實(shí)現(xiàn)100 倍增強(qiáng),但未對(duì)開口諧振環(huán)電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)分析.同年,國防科技大學(xué)付云起等[24]提出使用加載介質(zhì)的矩形諧振腔來提升微波電場測量靈敏度,在9.925 GHz 頻率處電場增強(qiáng)因子為15.

本文基于平行板傳輸線諧振器(parallel plate transmission line resonator,PPTLR)理論,提出一種終端短路的1/4 波長PPTLR 的電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu),并用場路結(jié)合的分析方法以及等效電路方法求解PPTLR 結(jié)構(gòu)端口的反射系數(shù);利用場的分析方法推導(dǎo)出端口的電場強(qiáng)度表達(dá)式,進(jìn)行時(shí)域分析,提升原子氣室中激光束路徑的電場強(qiáng)度.仿真、理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)對(duì)電場的局域增強(qiáng)能力.

2 PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)仿真與原理分析

2.1 PPTLR 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仿真

本文所設(shè)計(jì)的PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示,設(shè)計(jì)思路來源于1/2 波長開路傳輸線諧振器,其特性是在開路端的阻抗為無窮大,入射波和反射波的電壓等幅同相疊加,電場強(qiáng)度達(dá)到極大值.同時(shí)根據(jù)阻抗變換原理,1/2 波長開路傳輸線諧振器可用終端短路的1/4 波長傳輸線諧振器等效,諧振器的尺寸進(jìn)一步縮減至1/4 波長[25].結(jié)合Rydberg 原子傳感器需要兩束激光相向照射原子氣室的工作條件,采用平行板傳輸線進(jìn)行諧振器的光束無遮擋設(shè)計(jì).PPTLR長l0=28 mm,寬為w0=0 mm,平行板間距為h0=10 mm,銫原子氣室放于PPTLR 開路端口處.由于PPTLR 末端具有較大的端面電容,末端電流不為零,使得PPTLR的有效長度增強(qiáng),28 mm 長度的PPTLR 近似等效實(shí)現(xiàn)1/4λ的理想PPTLR.

圖1 PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)仿真示意圖Fig.1.PPTLR electric field local enhancement structure simulation.

平面波沿x軸方向入射,電場極化方向平行于y軸,電場強(qiáng)度為1 V/m,在開路的中心位置設(shè)定電場探針監(jiān)測點(diǎn)以觀察電場強(qiáng)度變化.電場探針監(jiān)測點(diǎn)處電場強(qiáng)度隨頻率變化的仿真曲線如圖2所示,當(dāng)不加銫原子氣室時(shí)工作頻率在2.16 GHz處,電場強(qiáng)度為20.46 V/m,與入射平面波(1 V/m)相比,該結(jié)構(gòu)使得電場強(qiáng)度被增強(qiáng)放大26 dB(20lg20.46).實(shí)際使用時(shí)加上10 mm 長的立方體銫原子氣室,由于氣室玻璃有一定厚度(約1 mm),相對(duì)介電常數(shù)εr設(shè)置為3,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的有效長度增長,結(jié)構(gòu)的諧振頻率降低為2.00 GHz,電場增強(qiáng)為27.88 V/m.進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際情況考慮,原子氣室的玻璃壁常用的材料包括石英玻璃、派克斯(Pyrex)玻璃和硼硅玻璃等,相對(duì)介電常數(shù)εr在2—5 之間.圖3 繪制了不同相對(duì)介電常數(shù)氣室壁時(shí),觀測點(diǎn)電場強(qiáng)度隨頻率的變化曲線,不難看出隨著銫原子氣室壁的相對(duì)介電常數(shù)εr增加,偏差0.5 會(huì)帶來諧振頻率50 MHz 的偏差.圖4 是不同PPTLR 長度l0時(shí)觀測點(diǎn)電場強(qiáng)度隨頻率的變化曲線,通過仿真發(fā)現(xiàn)偏差1 mm 會(huì)帶來55 MHz 的頻率偏移.電場探針監(jiān)測點(diǎn)所在平面的二維電場分布如圖5 所示,可見電場被局域在開路位置處.激光束路徑上的電場強(qiáng)度均勻性是設(shè)計(jì)諧振增強(qiáng)結(jié)構(gòu)需要考慮的重要因素,其會(huì)影響EIT 光譜的線寬,進(jìn)而影響量子微波測量靈敏度.圖6 展示了激光束路徑上的電場強(qiáng)度分布,電場探針監(jiān)測點(diǎn)的電場強(qiáng)度最高,為20.46 V/m,原子氣室的邊緣處電場強(qiáng)度降低至16.78 V/m.這是由于平行板傳輸線的邊緣效應(yīng)引起電場強(qiáng)度的降低,可通過增大平行板傳輸線的窄邊長度來進(jìn)一步提高激光束路徑上的電場強(qiáng)度均勻性.

圖2 觀測點(diǎn)電場強(qiáng)度隨頻率的變化Fig.2.Variation of electric field intensity at observation point with frequency.

圖3 不同相對(duì)介電常數(shù)εr 氣室壁時(shí),觀測點(diǎn)電場強(qiáng)度隨頻率的變化Fig.3.Variation of electric field intensity with frequency at the observation points in different walls of the dielectric constantεr cell.

圖4 不同PPTLR 長度l0 時(shí),觀測點(diǎn)電場強(qiáng)度隨頻率的變化Fig.4.Electric field intensity as a function of frequency at the observation point in different PPTLR lengthl0 .

圖5 電場分布Fig.5.Distribution of electric field.

圖6 激光束路徑上的電場強(qiáng)度Fig.6.Electric field strength in the path of the laser beam.

平行板間距是影響電場增強(qiáng)倍數(shù)的重要因素,通過2.2 節(jié)的平行板諧振腔理論分析,不難得到電場強(qiáng)度隨平行板間距變化曲線(圖7),發(fā)現(xiàn)平行板間距越小,電場強(qiáng)度越大.當(dāng)平行板間距為1 mm時(shí),電場增強(qiáng)放大約181 倍(45 dB).結(jié)合實(shí)驗(yàn)室測試條件,原子氣室尺寸為1 cm3,本文選擇平行板間距為10 mm 的PPTLR 進(jìn)行加工測試.

圖7 觀測點(diǎn)電場強(qiáng)度隨平行板間距的變化Fig.7.Electric field intensity at the observation point with the height of the gap between parallel plates.

2.2 PPTLR 結(jié)構(gòu)原理

2.2.1 PPTLR 結(jié)構(gòu)端口的反射系數(shù)

對(duì)于平面波照射的PPTLR 結(jié)構(gòu),只考慮照射PPTLR 結(jié)構(gòu)端口的部分平面波,可以把平面波源等效為電壓源U0與內(nèi)阻R1377 Ω串聯(lián)結(jié)構(gòu);由于平行板傳輸線的開路端出現(xiàn)過剩電荷、電流以及輻射能量,開路端口由一個(gè)等效電容表征,即電場激勵(lì)出電荷形成開路電容;PPTLR 結(jié)構(gòu)有電流流過,結(jié)構(gòu)周圍伴隨磁場,有磁場就有磁通.根據(jù)電感的定義(電感為磁通比電流),故PPTLR 有電感并聯(lián);所用導(dǎo)體并不是理想導(dǎo)體,會(huì)有電阻存在;由于尾部短接,所以是電感與開路端口的電容并聯(lián),PPTLR 結(jié)構(gòu)可以等效為R0,L0,C0并聯(lián)的終端短路諧振電路[26].圖8(a)是平面波經(jīng)過空氣照射到填充氣室的PPTLR 的示意圖,圖8(b)是平面波照射PPTLR 的并聯(lián)等效電路.

圖8 (a)平面波照射PPTLR 的示意圖;(b)平面波照射PPTLR 的并聯(lián)諧振等效電路Fig.8.(a)Schematic diagram of plane wave irradiating PPTLR;(b)parallel resonant equivalent circuit of plane wave irradiating PPTLR.

根據(jù)傳輸線理論,得到PPTLR 結(jié)構(gòu)端口的反射系數(shù)Γ為

式中,Zin為該等效電路的輸入阻抗,R1為空氣的阻抗.短路的1/4 波長傳輸線諧振器的輸入阻抗為[26]

這里,α為衰減常數(shù),l為諧振長度,Δω是半功率帶寬邊頻與中心諧振頻率之差,ω是結(jié)構(gòu)的諧振頻率.等效電路電阻為

等效電路電容為

等效電路電感為

2.2.2 PPTLR 結(jié)構(gòu)端口的電場強(qiáng)度

設(shè)PPTLR 結(jié)構(gòu)的長度為1/4 波長,平面波入射端口的反射系數(shù)為Γ.使用多次反射理論模型來分析PPTLR 結(jié)構(gòu)端口的電場強(qiáng)度問題.設(shè)入射波為平面波電場振幅E0,諧振頻率為ω,波速為k,只討論垂直入射情況,垂直入射的平面波在PPTLR 結(jié)構(gòu)中往返一次的相移為 2 π,l0為PPTLR結(jié)構(gòu)的長度.當(dāng)入射波平面波持續(xù)地入射到PPTLR中,入射的平面波E1為

在終端短路處,反射波E2為

在入射端開路處,反射波E3為

由此可得,在PPTLR 結(jié)構(gòu)入射端口中往返疊加m次的總場強(qiáng)E為

又因?yàn)閘0=λ/4,近似為

對(duì)(10)式進(jìn)行可視化,如圖9 所示,隨著反射系數(shù)Γ從0 增加到0.8,電場強(qiáng)度緩慢增加,Γ從0.80 增加到0.99,電場強(qiáng)度急劇上升.由此可知,要想獲得較大的放大倍數(shù),需要設(shè)計(jì)較大反射系數(shù)的PPTLR.

圖9 激光束路徑上的電場強(qiáng)度Fig.9.Electric field strength in the path of the laser beam.

3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及測量結(jié)果

雙光子激發(fā)Rydberg 態(tài)的EIT 能級(jí)圖和測試系統(tǒng)分別如圖10(a)和圖10(b)所示.在圖10(a)中使用133Cs 原子作為被激發(fā)的堿金屬原子,基態(tài)為|6S1/2,F=4〉,第一激發(fā)態(tài)為|6P3/2,F=5〉,|69D5/2〉和|70P3/2〉為Rydberg態(tài).通過一束波長為852 nm 的激光共振激發(fā),這束被銫原子吸收的光稱為探測光,其功率為幾十毫瓦;一束約為509 nm的激光將原子從|6P3/2,F=5〉激發(fā)到Rydberg 態(tài)|69D5/2〉,用于將原子激發(fā)到Rydberg 態(tài)的激光稱為耦合光,其功率為幾十微瓦.射頻微波作用于|69D5/2〉→|70P3/2〉躍遷,由 于|69D5/2〉→|70P3/2〉有很大的躍遷偶極距,因此其具有對(duì)微波場的高靈敏響應(yīng)特性,其中Ωp和Ωc分別是 探測光的拉比頻率與耦合光的拉比頻率.圖10(b)測試系統(tǒng)主要包括原子傳感器,光學(xué)讀出,激光系統(tǒng)以及微波系統(tǒng)這四部分.銫原子氣室為1 cm3的正方體,壁厚1 mm,原子氣室經(jīng)過雙脊喇叭天線的微波場照射,銫原子通過852 nm 弱探測光和509 nm 的強(qiáng)耦合光共振激發(fā)到Rydberg 態(tài),實(shí)現(xiàn)與微波電場的共振強(qiáng)相互作用,Rydberg 原子與微波電場的相互作用通過EIT 效應(yīng)傳遞到探測光的吸收譜里,最終通過光電探測器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)讀出.

圖10 (a)能級(jí)示意圖;(b)實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.10.(a)Cesium atomic energy level diagram;(b)overview of the experimental setup.

PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖如圖11 所示.用輕質(zhì)的聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫作為支撐結(jié)構(gòu)使得銅箔能夠貼附于內(nèi)側(cè),其材料特性與空氣近似;銅箔折疊構(gòu)成PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu),銫原子氣室放置PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)前端,探測光與耦合光相向作用銫原子氣室,整體構(gòu)成原子傳感器部分.

圖11 PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)Fig.11.PPTLR electric field local enhancement structure.

本文使用飽和吸收光譜法實(shí)現(xiàn)探測光穩(wěn)頻,使探測光頻率鎖定在|6S1/2(F=4)〉→|6P3/2(F=5)〉的共振頻率上,同時(shí),在|6P3/2〉→|69D5/2〉共振頻率附近掃描耦合光,光電探測器接收探測光,將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)導(dǎo)入控制器,得到EIT 光譜.這樣Rydberg 原子對(duì)外加電磁場的響應(yīng)就可以通過探測光的光強(qiáng)變化直接反映在光電探測器上.

4 討論

當(dāng)平行板波導(dǎo)長28 mm,寬10 mm,傳輸線高度為10 mm 時(shí),銫原子氣室放于PPTLR 開路端口處.此時(shí)PPTLR 的特性阻抗可由Eastwave FDTD 軟件仿真得到近似為130 Ω,結(jié)合(1)式計(jì)算得到入射端口的反射系數(shù)為0.91.在East FDTD激勵(lì)源中設(shè)置單頻連續(xù)波,可得瞬態(tài)響應(yīng)曲線(圖12).當(dāng)入射波疊加m次后達(dá)到穩(wěn)定,此時(shí)PPLTR 建立穩(wěn)態(tài)的時(shí)間定義為[26]

圖12 PPTLR 的瞬態(tài)響應(yīng)曲線Fig.12.Transient response curve of PPTLR.

其中,τ0為建立穩(wěn)態(tài)的時(shí)間,Q為PPTLR 的品質(zhì)因數(shù),c為光速,ω為諧振頻率,B為PPTLR 的半功率寬度.

從圖12 可以看出建立穩(wěn)態(tài)時(shí)間大約為10 ns,圖2 中帶寬為104.4 MHz,可計(jì)算出品質(zhì)因數(shù)Q為10,τ0為9.58 ns,理論計(jì)算與仿真相符.達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)電場強(qiáng)度穩(wěn)定在22 V/m 與后期實(shí)測結(jié)果一致,驗(yàn)證了仿真與理論的正確性.

室溫下強(qiáng)耦合光和弱探測光共同作用銫原子,降低了銫原子對(duì)探測光的吸收,產(chǎn)生EIT 效應(yīng),在EIT 光譜上可獲得探測光的透射峰,如圖13(a)所示.通過掃描2.0—2.2 GHz 觀察分裂寬度何時(shí)最大來確定結(jié)構(gòu)的諧振頻率為2.1 GHz,與仿真存在差異是因?yàn)殇C原子氣室壁的相對(duì)介電常數(shù)與結(jié)構(gòu)長度是不可控因素,均存在誤差.在此基礎(chǔ)上,施加2.1 GHz 的微波場驅(qū)動(dòng)|69D5/2〉到|70P3/2〉的共振躍遷,探測光的吸收受到相長干涉,產(chǎn)生AT分裂,EIT 透射峰分裂成為兩個(gè)透射峰,獲得EITAT 譜,如圖13(b)所示.分裂的頻率間隔 Δf對(duì)應(yīng)共振Rabi 頻率ΩM=2π Δf[1],Rabi 頻率為

其中,E是電場強(qiáng)度;? 是普朗克常數(shù);μ是微波對(duì)應(yīng)的躍遷電偶極矩(可通過理論計(jì)算獲得),本文為3222ea0(e代表電子電荷量,a0代表玻爾半徑).根據(jù)EIT-AT 譜測量得到AT 分裂間隔 Δf,計(jì)算待測微波場的電場強(qiáng)度為

實(shí)驗(yàn)中雙脊喇叭天線產(chǎn)生頻率為2.1 GHz,功率分別為0 dBm 與–25 dBm 的微波信號(hào),通過雙脊喇叭天線照射原子氣室,原子氣室距離雙脊喇叭天線為0.3 m.如圖13(b)所示,在未加載PPTLR局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)、喇叭饋入功率為0 dBm 時(shí),通過EIT-AT 光譜讀出分裂間隔為12.784 MHz(根據(jù)(14)式計(jì)算對(duì)應(yīng)的電場幅度為33.1 V/m);在加載PPTLR 局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)、喇叭饋入功率為–25 dBm后,EIT-AT 光譜有相同的分裂間隔.此外,在加載PPTLR 局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)后對(duì)信號(hào)源進(jìn)行25 dBm的衰減,發(fā)現(xiàn)可以得到相同的分裂間隔(對(duì)應(yīng)相同的可探測電場強(qiáng)度),所以加載PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)提供25 dB 的電場增強(qiáng)倍數(shù),實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果(25 dB)與仿真結(jié)果存在差異的主要原因是加工誤差和測試誤差.

圖13 歸一化光譜圖(a)EIT 譜;(b)EIT-AT 分裂譜Fig.13.Normalized spectrograms:(a)EIT spectrum;(b)EITAT split spectrum.

5 結(jié)論

針對(duì)如何提升Rydberg 原子探測靈敏度的問題,相較于目前已有的量子微波測量領(lǐng)域的電場局域增強(qiáng)技術(shù),本文給出了詳細(xì)的理論和仿真分析.運(yùn)用場路結(jié)合的方法,對(duì)PPTLR 進(jìn)行時(shí)域分析,繪制了單頻連續(xù)波入射的瞬態(tài)響應(yīng)曲線,提出了加載PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方法.通過仿真分析平行板間距與PPTLR 電場局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)開路端口中心點(diǎn)的電場強(qiáng)度關(guān)系,得出隨著平行板間距減小,電場強(qiáng)度增大、功率密度聚焦能力增強(qiáng)的結(jié)論.選用|69D5/2〉對(duì)2.1 GHz 的電磁場進(jìn)行探測,利用諧振區(qū)的EIT-AT 效應(yīng)測量了2.1 GHz 電磁波的增強(qiáng)倍數(shù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在加載PPTLR 局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)后,電場強(qiáng)度增強(qiáng)倍數(shù)可以達(dá)到25 dB.在此基礎(chǔ)上,未來將針對(duì)PPTLR 局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的帶寬、品質(zhì)因數(shù)以及可調(diào)諧等問題繼續(xù)開展研究.

感謝山西大學(xué)物理電子工程學(xué)院景明勇的討論.