CN114497945B - 一种超窄频带电磁波不对称传输超构器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超窄频带电磁波不对称传输超构器件，涉及人工电磁材料和太赫兹科学技术领域，由N行M列周期性排列的矩形不对称开口块通过连接件连接而成；N和M均为正整数。本发明提供的矩形不对称开口块，属全介质型，由不对称开口，可产生低于超表面衍射限频率的光子束缚态，即“连续体中束缚态”；以此为基础按周期性排布，构成超表面，其工作频点位于“连续体中束缚态”所确定的频点，有利于获得高品质因子，从而实现超窄线宽。本发明可近似实现单频电磁波的不对称传输；相比于现有技术也具备更高的圆二色性。

Description

一种超窄频带电磁波不对称传输超构器件
技术领域
本发明涉及人工电磁材料和太赫兹科学技术领域，具体涉及一种超窄频带电磁波不对称传输超构器件。
背景技术
电磁波不对称传输超构器件的功能主要表现为：只允许一种圆偏振波通过而阻挡反向螺旋的圆偏振波。该器件可用于非对称滤波、光学防伪、选频、空间通信、传感和生物医学等诸多领域。
理想的电磁波不对称传输超构器件追求从单频到宽频的可定制操作，以满足不同用户需求和不同使用场景。目前，所有的不对称传输超构器件均具有不可忽略的线宽，无法看作单频器件。只有当工作线宽极窄并可忽略不计时，该工作频率才能看作单频。然而，现有原理根本不支持单频不对称传输器件的实现。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种超窄频带电磁波不对称传输超构器件，引入了连续体中束缚态新原理，以全介质矩形不对称开口块作为基本单元，解决了现有技术无法实现单频的电磁波不对称传输的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种超窄频带电磁波不对称传输超构器件，由N行M列周期性排列的矩形不对称开口块通过连接件连接而成；N和M均为正整数。
进一步地，所述矩形不对称开口块为长边具有一个方形开口的矩形块。
进一步地，所述矩形不对称开口块和连接件的材质均为高阻硅。
进一步地，每个所述矩形不对称开口块排列的行周期常数和列周期常数均为160μm。
进一步地，所述矩形不对称开口块和连接件的厚度均为50μm。
进一步地，所述矩形不对称开口块的长为90μm，宽为60μm，方形开口大小为8μm，方形开口中心距矩形不对称开口块几何中心18μm。
本发明的有益效果为：
1)本发明提供的矩形不对称开口块，属全介质型，由不对称开口，可产生低于超表面衍射限频率的光子束缚态，即“连续体中束缚态”；以此为基础按周期性排布，构成超表面，其工作频点位于“连续体中束缚态”所确定的频点，有利于获得高品质因子，从而实现超窄线宽，可近似实现单频电磁波的不对称传输。
2)本发明提供的器件所具备的高品质因子，也使得器件实现了相比于现有技术更高的圆二色性。
附图说明
图1为实施例1和实施例2的超窄频带电磁波不对称传输超构器件的结构图；
图2为实施例1和实施例2的超窄频带电磁波不对称传输超构器件的局部放大图；
图3为实施例1和实施例2的超窄频带电磁波不对称传输超构器件的尺寸标注图；
图4为实施例2的超窄频带电磁波不对称传输超构器件在太赫兹尺度下的圆二色性工作频谱；
图5为实施例2的超窄频带电磁波不对称传输超构器件在GHz尺度下的圆偏振波透射系数谱；
图6为实施例2的超窄频带电磁波不对称传输超构器件在GHz尺度下的圆二色性谱；
其中，附图标记为：1、矩形不对称开口块；2、连接件。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1：
一种超窄频带电磁波不对称传输超构器件，如图1所示，由N行M列周期性排列的矩形不对称开口块1通过连接件2连接而成；N和M均为正整数。
如图2和图3所示，矩形不对称开口块1的长l为90μm，宽w为60μm，其长边具有一个方形开口，该方形开口大小g为8μm，方形开口中心与矩形不对称开口块1几何中心的距离d为18μm。
矩形不对称开口块1和连接件2的材质均为高阻硅，厚度均为50μm。
每个矩形不对称开口块1排列的行周期常数Px和列周期常数Py均为160μm。
本实施例提供的矩形不对称开口块，属全介质型，由不对称开口，可产生低于超表面衍射限频率的光子束缚态，即“连续体中束缚态”；以此为基础按周期性排布，构成超表面，其工作频点位于“连续体中束缚态”所确定的频点，有利于获得高品质因子，从而实现超窄线宽，可近似实现单频电磁波的不对称传输。
为了不影响器件的电学特性，矩形不对称开口块1之间的连接件2应当选取尽可能细的硅条，因此，本实施例的连接件2为高阻硅条，宽度低于4μm。每个矩形不对称开口块1对应的4个连接件2均连接在其四边的中心位置。
实施例2：
在上述实施例1的基础上，矩形不对称开口块1和连接件2使用介电常数为11.9的高阻硅材料，由此，器件工作频率为1.47187THz，衍射限频率为1.87THz。
在本领域中，描述超表面不对称传输性能的圆二色性(CD)绝对值是一个与束缚态频率ω0和辐射率γ0相关的函数，表示为：
Figure BDA0003508809200000041
式中m1,m2,n1,n2由结构参数决定，互不相等，表示该器件圆极化本征模与外部圆极化激励波的耦合系数。本实施例的器件设计，旨在使CD绝对值在工作频率为1.47187THz处出现尖峰，且尖峰宽度在THz尺度下可忽略不计。
透射光谱实验结果展示如图4、图5和图6。图5中，L，R分别意味左旋偏振波和右旋偏振波，tij(i,j∈{L,R})意味j偏振波入射下i偏振波透射系数。从图4可以看出，太赫兹波入射后，在大约1.47THz处具有高达0.7的圆二色性，证明在该频点发生不对称传输。该工作频点线宽极窄，在太赫兹尺度的光谱上只能看到一条竖直线，只有使用GHz尺度才能标记出线宽，如图5，不对称传输具体表现为当左旋圆偏振波入射至器件时，将转换成右旋圆偏振波并透射，但右旋圆偏振入射时将被反射。从图6可以看到，工作频点实际中心为1.47187THz，线宽(半高宽)为0.06GHz，即0.00006THz，品质因子高达104量级。如此窄的线宽使得该工作频点在太赫兹尺度下完全可以被看作单频，可以表示为1.47187±0.00003THz。
综上，本发明具备如下的有益效果：
1)本发明提供的矩形不对称开口块，属全介质型，由不对称开口，可产生低于超表面衍射限频率的光子束缚态，即“连续体中束缚态”；以此为基础按周期性排布，构成超表面，其工作频点位于“连续体中束缚态”所确定的频点，有利于获得高品质因子，从而实现超窄线宽，可近似实现单频电磁波的不对称传输。
2)本发明提供的器件所具备的高品质因子，也使得器件实现了相比于现有技术更高的圆二色性。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种超窄频带电磁波不对称传输超构器件，其特征在于，由N行M列周期性排列的矩形不对称开口块(1)通过连接件(2)连接而成；N和M均为正整数；矩形不对称开口块(1)和连接件(2)的材质均为高阻硅，连接件(2)为高阻硅条，连接件的宽度为u，每个矩形不对称开口块(1)对应的4个连接件(2)均连接在矩形不对称开口块(1)四边的中心位置；各个矩形不对称开口块(1)通过在矩形介质块一长边侧面同一方向开设方形开口实现，方形开口的厚度与矩形不对称开口块(1)的厚度相同，方形开口边长为g，方向开口中心与矩形不对称开口块(1)长边中线的距离为d，其中d-g/2>u/2。
2.根据权利要求1所述的超窄频带电磁波不对称传输超构器件，其特征在于，每个所述矩形不对称开口块(1)排列的行周期常数和列周期常数均为160μm。
3.根据权利要求2所述的超窄频带电磁波不对称传输超构器件，其特征在于，所述矩形不对称开口块(1)和连接件(2)的厚度均为50μm。
4.根据权利要求3所述的超窄频带电磁波不对称传输超构器件，其特征在于，所述矩形不对称开口块(1)的长为90μm，宽为60μm，方形开口大小为8μm，方形开口中心距矩形不对称开口块(1)几何中心18μm。
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