[实用新型]一种基于电回旋介质材料的电磁波单向器

说明书

本实用新型公开了一种基于电回旋介质材料的电磁波单向器，它包括有10个层叠的介质层，所述10个层叠的介质层分为5组，从左往右依次为3组A、B层叠的介质层，2组D、C层叠的介质层，所述A介质层和C介质层分别为二氧化硅材料和硅材料，所述B介质层和D介质层均为电回旋材料。本实用新型运用外入射电磁波在介质层和电回旋介质材料组成的两种多层结构的界面上形成具有单向传播性质的Tamm状态的表面波，从而实现电磁波的单向传播；而且利用电回旋材料与外加磁场的特殊关系从而实现电磁波的非互易性，以及可通过调节该结构单元厚度和入射角度的变化来改变单向传播的频率和特性。

技术领域

本实用新型属于电磁技术领域，具体的说是一种基于电回旋介质材料的电磁波单向器。

背景技术

随着电磁波在通讯、光学和其他科学技术中的广泛应用，电磁波的传播现已发展成为一门内容丰富的交叉学科。而回旋介质是各向异性介质的一种，其本构参数中存在厄米张量，使其具有非互易性，在外场作用下，回旋介质有两种典型的介质——旋电介质和旋磁介质。

当特定频率的电磁波入射到两种不同旋电介质构成的多层介质上时，在两种多层结构的分界面上，可以形成具有非互易性色散的光学Tamm状态。在Tamm状态的频率上，可以实现单向的电磁波隧道效应。Tamm的非互异性打破了电磁波在介质中传播时的时间和空间上的对称性。因此构建由各向异性电回旋材料组成的多层结构，在不同角度、频率的入射波形成会有不同的界面光学Tamm状态，从而形成电磁波的单向传播性，形成单向器。电磁波在该结构中的单向传输，不同于常规的单向器，而是通过外部磁场的变化、介质层的厚度和入射角度从而改变可通过的电磁波的频率。该电磁波单向传输理论为光通信器件、光传感器等的研究提供一定理论基础。

中国专利申请号2011102323367公开了一种利用有源人工介质单元构成的无需外加磁场的回旋介质。在相互平行的前后介质板上分别设置成正方形排列的四组正交的偶极子；前后介质板相同位置的左上和右下两组偶极子分别通过放大器按顺时针旋转90度对应相接，放大器方向以前介质板偶极子为输入，以后介质板偶极子为输出，构成单向左旋结构；而前后介质板相同位置的右上和左下的两组偶极子分别通过放大器按顺时针旋转90度对应相接，放大器方向以后介质板偶极子为输入，以前介质板偶极子为输出，构成单向右旋结构；将上述结构向外周期延拓，整体组成具有非互易传输特性的回旋介质。上述发明借助放大器的单向传输特性实现任意线极化电磁波非互易传输，只需提供直流电即可工作，但是上述发明结构复杂，还需要依靠直流电才可达到电磁波非互易传输，能源消耗严重，不环保。

发明内容

本实用新型的目的就是为解决上述技术问题，在电磁技术领域，其目的是利用在材料本身的对光的各向异性以及电磁波入射到两种不同多层复合介质的边界上时的非互异性色散，使电磁波在传输时具有单向特性。通过改变入射角度或外加磁场大小，可以筛选可通过的结构频率，并增强光的单向传播的强度，从而降低结构成本。

本实用新型采用的技术方案如下：一种基于电回旋介质材料的电磁波单向器，它包括有10个层叠的介质层，所述10个层叠的介质层分为5组，从左往右依次为3组A、B层叠的介质层，2组D、C层叠的介质层，所述A介质层和C介质层分别为二氧化硅材料和硅材料，所述B介质层和D介质层均为电回旋材料。

所述A介质层的厚度为3-10mm，B介质层的厚度为2-8mm，C介质层的厚度为10-40mm以及D介质层的厚度为20-25mm。

所述A介质层和C介质层的相对介电常数分别为2.56和11.5。

所述A介质层和C介质层的相对磁导率均为1。

所述B介质层和D介质层的相对磁导率均为1。

所述B介质层和D介质层的相对介电常数张量形式为：

所述10个层叠的介质层置于空气环境中。