[发明专利]一种各向异性材料与电介质构造双层周期结构的光学拓扑转换的分析方法

权利要求书

1.一种各向异性材料与电介质构造双层周期结构的光学拓扑转换的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立各向异性材料与电介质构造的双层周期结构的模型；

S2、确定各向异性材料的电磁特性；

S3、通过边界条件，确定边界电磁场；

S4、计算两种材料层交界面处的传输矩阵；

S5、利用Bloch定理计算周期结构的色散关系；

S6、计算各向异性材料与电介质构造双层周期结构的光学拓扑转换。

2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

所述模型的结构为各向异性材料层和电介质层构造的双层周期结构，双层周期结构为各向异性材料层和电介质层自左向右周期排列；其中，各向异性材料层的厚度为d₁；若各向异性材料为电各向异性时，介电常数张量为磁导率为μ；若各向异性材料为磁各向异性时，介电常数为ε、磁导率张量为电介质层的厚度为d₂、介电常数为ε₂、磁导率为μ₂，单位晶胞厚度为h＝d₁+d₂，z为层叠方向；设各向异性材料层的光轴与z轴重合，即外加磁场方向为z轴，在xz平面内讨论电磁波在其中的传播特性。

3.如权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述各向异性材料为磁各向异性的铁氧体材料或电各向异性的磁光材料。

4.如权利要求3所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

当各向异性材料为铁氧体材料，磁饱和的铁氧体材料层的磁导率是张量形式，通过外部静磁场H_ex的强度和方向来调节磁导率张量的取值；

平行于外加磁场的磁导率分量保持不变，而垂直于外加磁场的磁导率分量用μ_F标记；

设双层周期结构的坐标系均以z轴为层叠加方向，xy为平行于铁氧体材料层的方向，铁氧体材料层的外加磁场方向为z轴方向，则铁氧体材料层的磁导率的张量形式为：

其中，ω_ex＝γH_ex，ω_m＝4πγM_s，γ＝1.8×10⁷s^-1G^-1；γ是自旋磁矩与自旋角动量之比，即旋磁比率；M_s是铁氧体材料的饱和磁化强度，取值为135-239G，铁氧体材料的介电常数取值为ε＝12，ω为光的角频率；

当各向异性材料为磁光材料，在磁光Voigt效应中，平行于外部磁场的电磁波电场的介电常数保持不变，而对于垂直于外部磁场的电磁波电场，介电常数将随着外部磁场的存在而改变，标记为ε_G；

设磁光材料层的外加磁场方向为z轴方向，磁光材料层所在的坐标系与铁氧体材料层所在的坐标系一致，xy表示平行于磁光材料层的平面，z轴与磁光材料层的光轴方向一致，则磁光材料层的介电常数的张量形式表达为：

其中，ε₀是静态介电常数，取值为12.9；ω_p是屏蔽的等离子体频率，ω_p＝7.85×10¹¹Hz；τ是弛豫时间，在考虑吸收时，导致阻尼项；ω_c＝eB/m^*c是回旋加速器的频率，随外部磁场B线性变化；m^*是有效质量，c是真空中的光速，i表示虚数，e为元电荷所带电量。