[發明專利]一種自偏置的磁光非互易超構表面器件

有效

• 申請號: 202010031484.1
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111198414B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 畢磊;楊偉豪;秦俊;龍嘉威;鄧龍江
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;H01Q15/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明涉及非互易超構表面，具體涉及一種自偏置的磁光非互易超構表面器件。本發明通過將亞波長尺寸的硬磁材料結構層按矩陣周期排列在微波頻段折射率為1～5的材料層上，通過改變結構層的結構單元的長寬高實現對電磁波的相位和振幅的調控，只需一次磁化，無需持續外加磁場。最終本發明基于磁光效應通過高矯頑力的硬磁材料實現了自偏置的磁光效應非互易器件；且采用亞波長尺寸的結構，利于器件的小型化和集成化。在雷達屏蔽(單向透射)、自由空間隔離器、非互易透鏡、非互易全息成像等領域有著重要的應用前景。

技術領域

本發明涉及非互易超構表面，具體涉及一種自偏置的磁光非互易超構表面器件。

背景技術

超構表面是一層二維的亞波長平板結構，能夠有效地調控電磁波的振幅、偏振和波前，成為近幾年的研究熱點。其主要功能是可以在一層界面上實現各種光學器件，如透鏡、玻片等。相比傳統的光學器件，超構表面擁有亞波長厚度，以及更高的靈活性來設計各種各樣的電磁波器件。而非互易超構表面，由于在自由空間隔離器上的重要應用，引起了很多人的關注。

目前，能夠實現非互易性的機理主要有三個：非線性、時空調制、磁光效應。相比于非線性和時空調制，基于磁光效應的非互易器件擁有寬帶、低功耗、穩定等優勢。但是，磁光效應的缺點在于需要一個大的磁鐵提供磁場以及很難在光頻段實現。

雖然在微波和太赫茲頻段，基于強度型的非互易器件(透過強度不同)已經被研究；但是現有基于磁光效應的強度型非互易器件，僅僅在理論上有研究，并且在器件的使用中需要一個大的磁鐵提供磁場，屬于有源器件，限制在特定空間中使用。相比于需要外加偏置的磁光非互易器件，自偏置的器件不需要外部磁鐵提供磁場，屬于無源器件，可以在自由空間中使用。而自偏置的磁光非互易器件，在理論和實驗上都尚未被研究。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為解決現有磁光效應非互易器件僅停留在理論階段的空白以及實用性極低的問題，本發明提供了一種自偏置的磁光非互易超構表面器件。

該自偏置的磁光非互易超構表面器件，由襯底層和亞波長結構層組成。

所述襯底層是微波頻段的折射率在1～5的材料層；亞波長結構層是由方形柱狀結構單元按矩陣周期排列構成，且矩陣周期在行和列方向上相等，由具有磁光效應的磁光材料制備，通過改變方形柱狀結構單元的長寬高實現對圓偏振電磁波的相位和振幅的調控，最終在中心頻率f₀上實現隔離度和插入損耗的需求。

所述具有磁光效應的磁光材料矯頑力Hc≥1000A/m，剩余磁化強度Br≥1kGs，同時介電張量或磁導率張量的非對角元與對角元之比在工作頻段≥0.01；通過磁光材料的剩余磁化強度來實現自偏置狀態下工作，磁光效應實現非互易性。

襯底層厚為L；方形柱狀結構單元的高度為h、長為w₁、寬為w₂，以矩陣周期在行和列方向上相等的周期p構成整個亞波長結構層，整個器件尺寸為D₁×D₂，器件對圓偏振入射電磁波響應；其中各尺寸滿足關系：w₁≤10mm，w₂＝0.75w₁～1.25w₁，h＝w₁～3w₁，p＝3w₁～4w₁，L＝1/2w₁～2w₁，D₁＝10λ₀～15λ₀，D₂＝10λ₀～15λ₀，λ₀＝c/f₀，c為真空中光速。

整個器件的厚度在亞波長尺寸，進行一次磁化，且保證剩磁方向與入射電磁波方向平行。

進一步的，所述磁光效應的磁光材料為鐵氧體或YIG材料，襯底層采用聚四氟乙烯制備。