[發明專利]一種基于電回旋介質材料的電磁波單向器

在審

• 申請號: 201811056736.5
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN108897148A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 余觀夏;付晶晶;杜文文;呂一凡;張曉萌
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G02F1/00
• 分類號: G02F1/00;G02F1/09
• 代理公司: 南京思拓知識產權代理事務所(普通合伙) 32288
• 代理人: 苗建

本發明公開了一種基于電回旋介質材料的電磁波單向器，它包括有10個層疊的介質層，所述10個層疊的介質層分為5組，從左往右依次為3組A、B層疊的介質層，2組D、C層疊的介質層，所述A介質層和C介質層分別為二氧化硅材料和硅材料，所述B介質層和D介質層均為電回旋材料。本發明運用外入射電磁波在介質層和電回旋介質材料組成的兩種多層結構的界面上形成具有單向傳播性質的Tamm狀態的表面波，從而實現電磁波的單向傳播；而且利用電回旋材料與外加磁場的特殊關系從而實現電磁波的非互易性，以及可通過調節該結構單元厚度和入射角度的變化來改變單向傳播的頻率和特性。

技術領域

本發明屬于電磁技術領域，具體的說是一種基于電回旋介質材料的電磁波單向器。

背景技術

隨著電磁波在通訊、光學和其他科學技術中的廣泛應用，電磁波的傳播現已發展成為一門內容豐富的交叉學科。而回旋介質是各向異性介質的一種，其本構參數中存在厄米張量，使其具有非互易性，在外場作用下，回旋介質有兩種典型的介質——旋電介質和旋磁介質。

當特定頻率的電磁波入射到兩種不同旋電介質構成的多層介質上時，在兩種多層結構的分界面上，可以形成具有非互易性色散的光學Tamm狀態。在Tamm狀態的頻率上，可以實現單向的電磁波隧道效應。Tamm的非互異性打破了電磁波在介質中傳播時的時間和空間上的對稱性。因此構建由各向異性電回旋材料組成的多層結構，在不同角度、頻率的入射波形成會有不同的界面光學Tamm狀態，從而形成電磁波的單向傳播性，形成單向器。電磁波在該結構中的單向傳輸，不同于常規的單向器，而是通過外部磁場的變化、介質層的厚度和入射角度從而改變可通過的電磁波的頻率。該電磁波單向傳輸理論為光通信器件、光傳感器等的研究提供一定理論基礎。

中國專利申請號2011102323367公開了一種利用有源人工介質單元構成的無需外加磁場的回旋介質。在相互平行的前后介質板上分別設置成正方形排列的四組正交的偶極子；前后介質板相同位置的左上和右下兩組偶極子分別通過放大器按順時針旋轉90度對應相接，放大器方向以前介質板偶極子為輸入，以后介質板偶極子為輸出，構成單向左旋結構；而前后介質板相同位置的右上和左下的兩組偶極子分別通過放大器按順時針旋轉90度對應相接，放大器方向以后介質板偶極子為輸入，以前介質板偶極子為輸出，構成單向右旋結構；將上述結構向外周期延拓，整體組成具有非互易傳輸特性的回旋介質。上述發明借助放大器的單向傳輸特性實現任意線極化電磁波非互易傳輸，只需提供直流電即可工作，但是上述發明結構復雜，還需要依靠直流電才可達到電磁波非互易傳輸，能源消耗嚴重，不環保。

發明內容

本發明的目的就是為解決上述技術問題，在電磁技術領域，其目的是利用在材料本身的對光的各向異性以及電磁波入射到兩種不同多層復合介質的邊界上時的非互異性色散，使電磁波在傳輸時具有單向特性。通過改變入射角度或外加磁場大小，可以篩選可通過的結構頻率，并增強光的單向傳播的強度，從而降低結構成本。

本發明采用的技術方案如下：一種基于電回旋介質材料的電磁波單向器，它包括有10個層疊的介質層，所述10個層疊的介質層分為5組，從左往右依次為3組A、B層疊的介質層，2組D、C層疊的介質層，所述A介質層和C介質層分別為二氧化硅材料和硅材料，所述B介質層和D介質層均為電回旋材料。

所述A介質層的厚度為3-10mm，B介質層的厚度為2-8mm，C介質層的厚度為10-40mm以及D介質層的厚度為20-25mm。

所述A介質層和C介質層的相對介電常數分別為2.56和11.5。

所述A介質層和C介質層的相對磁導率均為1。

所述B介質層和D介質層的相對磁導率均為1。

所述B介質層和D介質層的相對介電常數張量形式為：

所述10個層疊的介質層置于空氣環境中。