[发明专利]电磁波束控制的方法、波束偏转器、分束器及其转换开关

说明书

技术领域

本发明涉及电磁波控制技术领域，特别是涉及一种利用可调旋磁媒质磁畴结构实现电磁波束控制的方法、波束偏转器、分束器及其转换开关。

背景技术

单向波导，主要是指电磁波在其中传播时只存在某个方向的传输模式，理论上讲其他方向的模式得到全部抑制。由于单向波导差不多100％的透过率，以及其可能在光学集成方面的应用得到了广泛的关注。其最直接的应用就是电磁波分束器和偏转器，目前制作单向波导主要是用旋磁或旋电媒质制成光子晶体。利用光子晶体破坏时间反演对称性类比电子体系的量子霍尔效应获得具有单向传输的边界态，形成具有单向传播的电磁波导。然后利用这种单向波导可以制作形成具有单向传输特性的分束器和偏转器。

而由于现有的电磁波分束器和偏转器都有着这样或那样的不足：例如，以磁性光子晶体的分束器，因光子晶体对于频率依赖比较敏感，一旦入射波频率稍有偏差，分束效果就会大打折扣；又由于光子晶体制作工艺要求较高，成本要求较高，如果参数有稍微的偏离就会使电磁波传输性质受到较大的影响。而以金属波导制作的分束器，一方面金属存在会有较强的吸收，电磁波会有损耗，另一方面一旦金属波导制定好对它进行频率的调控比较困难，而且不具有单向传输的特性，分束和偏转性能均不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电磁波束控制的方法及波束调节器，使得电磁波能够稳定地单向传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电磁波束控制的方法，包括以下步骤：

(1)根据所需控制电磁波的工作频率，确定磁场的大小以及相应的旋磁媒质(即旋磁材料)；

(2)根据电磁波要分束的数目和/或偏转方向确定磁畴的几何特征；

(3)根据所述磁畴的几何特征，通过磁场控制，在旋磁媒质中构造出磁畴，并控制电磁波模式的单向性传播方向。

所述电磁波的工作频率范围为ω₁～ω₂；ω₂＝γ(B₀H₀)^1/2，其中，γ为旋磁媒质的旋磁比，B₀为磁感应强度，H₀为磁场强度；磁感应强度B₀＝H₀+4πM₀，其中，M₀饱和磁场强度。

所述磁畴的几何特征包括磁畴的布局以及电磁波传播方向。

所述电磁波为可见光、红外光或微波。

所述磁场控制通过加外磁场、将旋磁媒质制作成永久磁体或电磁体实现。

所述步骤(3)中，对于单频电磁波而言，在磁畴上电磁波模式的传播方向只能沿着磁畴的一个方向进行；对于多频电磁波而言，磁畴上低频段的电磁波模式的传播方向，与磁畴两侧的磁场方向构成右手手性关系；磁畴上高频段的电磁波模式的传播方向，与磁畴两侧的磁场方向构成左手手性关系。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用上述电磁波束控制的方法制作的波束偏转器，包括两块磁导率张量互为转置共轭的旋磁媒质，通过加外磁场、制作成永久磁体或电磁体使所述两块旋磁媒质之间的边界形成相交的两个磁畴，从而使电磁波的传播方向沿磁畴偏转。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用上述电磁波束控制的方法制作的波束分束器，包括两块磁导率张量互为转置共轭的旋磁煤质，通过加外磁场、制作成永久磁体或电磁体使所述两块旋磁媒质之间的边界形成相交的两个以上的磁畴，从而使电磁波的传播方向沿磁畴分开。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用上述电磁波束控制的方法制作的分束器-偏转器转化开关，包括两块磁导率张量互为转置共轭的旋磁煤质，通过加外磁场、制作成永久磁体或电磁体使所述两块旋磁媒质之间的边界形成相交的两个以上的磁畴，通过磁场控制，打开或关闭其中一个或多个磁畴，实现分束器和偏转器的相互转换。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用磁场控制技术，使旋磁媒质的磁导率获得特定的几何分布，形成具有特定几何特征的磁畴结构，从而能够实现电磁波的控制，得到可调的电磁波束分束器和电磁波束偏转器。通过磁场控制，打开或关闭某些磁畴模式，可以实现分束器和偏转器相互转换，形成磁控分束器-偏转器转化开关。本发明对电磁波束的控制具有低损耗、抗无序、宽频、高效的特点，能广泛应用于全光控制芯片、光互联等领域。

附图说明