[发明专利]一种光线角度传感器及光线角度传感方法

权利要求书

1.一种光线角度传感器，其特征在于，所述光线角度传感器包括拓扑结构的平行板波导，所述拓扑结构的平行板波导由一平行板波导及施加在平行板波导上的磁场构成，在所述磁场的作用下，平行板波导的带隙中产生两个拓扑边界态；

所述平行板波导由一维双层光子晶体构成；所述一维双层光子晶体由n个依次分布的Type I型元胞与n个依次分布的Type II型元胞左右拼接组合而成，Type I型元胞绕其几何中心旋转180°后结构与Type II型元胞结构相同；

所述磁场在垂直于散射子结构平面处施加，以使一维双层光子晶体的磁导率变为旋磁形式，两种类型的元胞具有完全相同的能带结构，n个Type I型元胞与n个Type II型元胞左右拼接组合，形成拓扑结构的平行板波导。

2.根据权利要求1所述的光线角度传感器，其特征在于，所述一维双层光子晶体中每个单元胞由四个散射子组成，胞内散射子分为上下两层，每层两个散射子，两层散射子之间的垂直距离固定不变；所述Type I型元胞为：元胞内上层两个散射子的间距小于下层两个散射子的间距；所述Type II型元胞为：元胞内上层两个散射子的间距大于下层两个散射子的间距。

3.根据权利要求2所述的光线角度传感器，其特征在于，所述平行板波导的元胞晶格常数a＝22cm，波导上下硬边界所隔宽度h＝29.6cm，波导中Type I型元胞上层层内散射子间距d₁＝6.6cm，下层层内散射子间距d₂＝15.4cm，波导中Type II型元胞上层层内散射子间距d₃＝15.4cm，下层层内散射子间距d₄＝6.6cm。

4.根据权利要求2所述的光线角度传感器，其特征在于，所述单元胞中散射子半径为2.67cm，上下层散射子水平中心线的垂直距离固定为14.8cm。

5.根据权利要求2所述的光线角度传感器，其特征在于，光透射谱范围为0.40～0.44GHz。

6.根据权利要求1所述的光线角度传感器，其特征在于，所述光子晶体的材料为具有旋磁特性的材料。

7.根据权利要求1所述的光线角度传感器，其特征在于，所述光子晶体的材料为铁钇石榴石。

8.一种光线角度传感方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)基于一维双层光子晶体元胞，改变上下层内散射子间距，产生上近下远型Type I和上远下近型Type II两种结构单元；

(2)调整散射子间距使两种结构能带相同，再将两种结构各取n个元胞左右拼接组成平行板波导，在中间形成拓扑界面；

(3)计算波导能态数，找到存在两个边界态的带隙，计算透射谱，形成两处法诺曲线；

(4)改变光入射角，计算两处法诺曲线的总消光比和入射角之间的变化关系曲线，利用上述变化曲线实现光线角度传感。

9.根据权利要求8的光线角度传感方法，其特征在于，所述步骤(1)包括基于一维双层光子晶体的平行板波导，每四个散射子组成一个单元胞，胞内散射子分为上下两层，每层两个散射子，两层散射子之间的垂直距离不变，改变其上层散射子之间的间距与下层散射子之间的间距，产生上近下远型Type I和上远下近型Type II两种不同类型的基本结构单元；

所述步骤(2)包括在Type I和Type II两种结构的散射子处施加磁场，并调节Type I与Type II光子晶体上层与下层层内散射子的间距，使得Type I元胞上层两散射子的间距与Type II元胞下层两散射子的间距相等，Type II元胞上层两散射子的间距与Type I元胞下层两散射子的间距相等，再将n个Type I型元胞与n个Type II型元胞左右拼接组合成平行板波导，在波导中间形成拓扑界面。

10.根据权利要求8所述的光线角度传感方法，其特征在于，步骤(4)包括改变入射光的角度，从正入射开始，将入射光的角度顺时针或逆时针缓慢偏转，以微小的角度为步长计算步骤(3)中所述带隙范围内的透射谱，并计算每张透射谱中左右两处法诺曲线的消光比R_ER左与R_ER右，将两处消光比相加得到总消光比R_ER总，以光线的入射角为自变量，绘制总消光比R_ER总随光入射角变化的关系曲线。