[发明专利]电磁波非互易性传输装置及电磁波非互易性传输的方法

说明书

本发明公开了一种电磁波非互易性传输装置及电磁波非互易性传输的方法，所述方法包括如下步骤：(1)基于一维YIG光子晶体元胞，改变散射子间距，产生内近外远型Type I和内远外近型Type II两种基本结构单元；(2)调整散射子间距使两种结构带隙相同，再将n个Type I元胞与n+1个Type II元胞左右组合拼接形成平行板波导，在中间形成拓扑界面；(3)调整晶格常数使波导中的边界态耦合形成旋磁拓扑法诺共振；(4)利用步骤(1)～(3)制得的装置进行电磁波非互易性传输；该方法不仅丰富了拓扑法诺共振的研究，也为实现较高对比度的电磁波非互易性传输提供了更简易的方法。

技术领域

本发明涉及电磁波技术领域，尤其涉及一种电磁波非互易性传输装置及电磁波非互易性传输的方法。

背景技术

法诺共振是一种广泛存在的波散射现象，在科研和工程中较为常见，例如凝聚态物理、电子电路、声学、电磁学、光子学和非线性光学等。在光学中，光的明场态与暗场态耦合可以形成法诺共振，在光的透射谱中表现为具有锐利不对称特征的法诺曲线。法诺曲线在较窄的频率范围内，其透射率会发生很大的变化，其消光比R_ER(最低透射率与最高透射率的比值)绝对值往往是传统的对称洛伦兹曲线的两倍以上，因此法诺共振相较于传统的洛伦兹共振具有更高的灵敏度，在光学传感器等研究应用上也更具优势。但是法诺共振因为其高灵敏度的传感特性，形成的法诺曲线线型会很容易被光学系统中微小的几何缺陷破坏，为了解决这一问题，研究人员通过在法诺共振中引入拓扑这一概念来提高其对系统几何缺陷抵抗性。拓扑学是研究几何图形或空间在连续形变后还能保持不变的性质的学科，拓扑只考虑邻近间的位置变化而忽略形状变化，因此只要利用拓扑结构中形成的拓扑边界态作为明暗场态，耦合形成拓扑法诺共振，就能将拓扑对边界态的保护特性引入到法诺共振中，其所形成的法诺曲线线型也会对系统的几何缺陷产生较高的免疫特性。

非互易性传输是指电磁波只允许沿着一个方向传播，而相反方向的传播则会遭到一定程度的抑制，这与电子二极管的单向导电性质非常类似，因此在光子集成、激光技术、全光信息处理等领域有着广阔的应用前景。目前研究人员已经提出了多种能够实现电磁波非互易性传输的材料，例如利用非厄米超材料、磁光材料、可调液晶材料、不可逆损耗材料等。其中磁光材料的非互易传输是研究最早和最为广泛的，一个典型的例子就是法拉第材料，法拉第材料的磁导率或介电常数为各向异性，可以表示为矩阵形式，矩阵中的非对角项为反对称的虚数，该类材料破缺了时间反演对称性，具有无损不可逆的特征，若再同时破缺镜面对称性，则会导致电磁波波矢在正反方向的传播中形成的界面态不再对称，可实现非互易性传输。但目前能够实现电磁波非互易性传输的体系结构大都非常复杂，且正反向电磁波的非互易性传输对比度不够高，不利于实际应用，因此寻找体系结构简单且能够实现较高对比度非互易性传输的方法十分重要。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种对比度高的电磁波非互易性传输装置；本发明的目的是提供一种电磁波非互易性传输的方法。

技术方案：本发明的一种电磁波非互易性传输装置，所述装置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，调整平行板波导的晶格常数以形成旋磁拓扑法诺共振，所述旋磁拓扑法诺共振由平行板波导的带隙间产生的两种不同的边界态耦合形成；

所述平行板波导由一维单层光子晶体构成；所述一维单层光子晶体由n个依次分布的Type I型元胞与n+1个依次分布的Type II型元胞左右拼接组合而成，Type I型元胞：元胞内两个散射子的间距记为d₁，元胞间相邻散射子的间距记为d₂；Type II型元胞：元胞内两个散射子的间距记为d₃，元胞间相邻散射子的间距记为d₄；其中，d₁＝d₄且d₂＝d₃；