[發明專利]電磁波束控制的方法、波束偏轉器、分束器及其轉換開關

有效

• 申請號: 201210009080.8
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102569968A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 李偉;張小剛;蔣尋涯
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01P3/00
• 分類號: H01P3/00;G02F1/01
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 宋纓;孫健

技術領域

本發明涉及電磁波控制技術領域，特別是涉及一種利用可調旋磁媒質磁疇結構實現電磁波束控制的方法、波束偏轉器、分束器及其轉換開關。

背景技術

單向波導，主要是指電磁波在其中傳播時只存在某個方向的傳輸模式，理論上講其他方向的模式得到全部抑制。由于單向波導差不多100％的透過率，以及其可能在光學集成方面的應用得到了廣泛的關注。其最直接的應用就是電磁波分束器和偏轉器，目前制作單向波導主要是用旋磁或旋電媒質制成光子晶體。利用光子晶體破壞時間反演對稱性類比電子體系的量子霍爾效應獲得具有單向傳輸的邊界態，形成具有單向傳播的電磁波導。然后利用這種單向波導可以制作形成具有單向傳輸特性的分束器和偏轉器。

而由于現有的電磁波分束器和偏轉器都有著這樣或那樣的不足：例如，以磁性光子晶體的分束器，因光子晶體對于頻率依賴比較敏感，一旦入射波頻率稍有偏差，分束效果就會大打折扣；又由于光子晶體制作工藝要求較高，成本要求較高，如果參數有稍微的偏離就會使電磁波傳輸性質受到較大的影響。而以金屬波導制作的分束器，一方面金屬存在會有較強的吸收，電磁波會有損耗，另一方面一旦金屬波導制定好對它進行頻率的調控比較困難，而且不具有單向傳輸的特性，分束和偏轉性能均不理想。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種電磁波束控制的方法及波束調節器，使得電磁波能夠穩定地單向傳輸。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種電磁波束控制的方法，包括以下步驟：

(1)根據所需控制電磁波的工作頻率，確定磁場的大小以及相應的旋磁媒質(即旋磁材料)；

(2)根據電磁波要分束的數目和/或偏轉方向確定磁疇的幾何特征；

(3)根據所述磁疇的幾何特征，通過磁場控制，在旋磁媒質中構造出磁疇，并控制電磁波模式的單向性傳播方向。

所述電磁波的工作頻率范圍為ω₁～ω₂；ω₂＝γ(B₀H₀)^1/2，其中，γ為旋磁媒質的旋磁比，B₀為磁感應強度，H₀為磁場強度；磁感應強度B₀＝H₀+4πM₀，其中，M₀飽和磁場強度。

所述磁疇的幾何特征包括磁疇的布局以及電磁波傳播方向。

所述電磁波為可見光、紅外光或微波。

所述磁場控制通過加外磁場、將旋磁媒質制作成永久磁體或電磁體實現。

所述步驟(3)中，對于單頻電磁波而言，在磁疇上電磁波模式的傳播方向只能沿著磁疇的一個方向進行；對于多頻電磁波而言，磁疇上低頻段的電磁波模式的傳播方向，與磁疇兩側的磁場方向構成右手手性關系；磁疇上高頻段的電磁波模式的傳播方向，與磁疇兩側的磁場方向構成左手手性關系。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種利用上述電磁波束控制的方法制作的波束偏轉器，包括兩塊磁導率張量互為轉置共軛的旋磁媒質，通過加外磁場、制作成永久磁體或電磁體使所述兩塊旋磁媒質之間的邊界形成相交的兩個磁疇，從而使電磁波的傳播方向沿磁疇偏轉。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種利用上述電磁波束控制的方法制作的波束分束器，包括兩塊磁導率張量互為轉置共軛的旋磁煤質，通過加外磁場、制作成永久磁體或電磁體使所述兩塊旋磁媒質之間的邊界形成相交的兩個以上的磁疇，從而使電磁波的傳播方向沿磁疇分開。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種利用上述電磁波束控制的方法制作的分束器-偏轉器轉化開關，包括兩塊磁導率張量互為轉置共軛的旋磁煤質，通過加外磁場、制作成永久磁體或電磁體使所述兩塊旋磁媒質之間的邊界形成相交的兩個以上的磁疇，通過磁場控制，打開或關閉其中一個或多個磁疇，實現分束器和偏轉器的相互轉換。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本發明利用磁場控制技術，使旋磁媒質的磁導率獲得特定的幾何分布，形成具有特定幾何特征的磁疇結構，從而能夠實現電磁波的控制，得到可調的電磁波束分束器和電磁波束偏轉器。通過磁場控制，打開或關閉某些磁疇模式，可以實現分束器和偏轉器相互轉換，形成磁控分束器-偏轉器轉化開關。本發明對電磁波束的控制具有低損耗、抗無序、寬頻、高效的特點，能廣泛應用于全光控制芯片、光互聯等領域。

附圖說明