一种光学波导隐身器件制造技术

本发明专利技术公开了一种光学波导隐身器件，包括宽度为w、介质层为空气的平行板波导，所述平行板波导内部的两侧分别设有介电常数相同的各向同性的电介质材料，所述电介质材料关于所述平行板波导的对称面对称，以电磁波传播方向为Z轴，以垂直于平形板方向为X轴，所述电介质材料在XZ方向的截面的厚度逐渐变大再逐渐变小，所述电介质材料（1）的最大厚度dmax＜

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型光学波导隐身器件，属于光学隐身

技术介绍
波导是光学领域的一个很基础的研究课题，其在微波天线，集成电路，无线通信等领域有着广泛的应用。近年来，人们将一些新奇的热点课题引入到传统的波导中，发现许多不可思议的光学现象。比如，人们发现在波导中引入渐变折射率材料，可以实现光学二极管，模式转化等效应，这也激发了人们探索新型波导器件的兴趣。光学隐身作为变换光学最重要的例子，近来已成为了一个热点问题，并在诸多领域吸引了巨大的关注。在2006年，第一个弱化的变换光学隐身衣在微波段实现，但是所需的各向异性且非均匀的材料是很复杂的，并且只能在很窄的波段下工作。保角变换是特殊的变换光学，其设计出的隐身衣只需要各向同性的非均匀材料，但是单频的弱点依旧没有解决，且现有的隐身衣往往都是需要复杂的参数，需要共振结构来实现，而且工作频率比较窄。有鉴于此，开发一种新的光学隐身器件，解决现有技术设计复杂、适用频率窄的缺陷，显然是有必要的。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种结构简单、制备成本低且适用频率宽的光学波导隐身器件。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种新型光学波导隐身器件，包括宽度为w、介质层为空气的平行板波导，所述平行板波导内部的两侧分别设有介电常数相同的各向同性的电介质材料，所述电介质材料关于所述平行板波导的对称面对称，以电磁波传播方向为Z轴，以垂直于平形板方向为X轴，所述电介质材料在XZ方向的截面的厚度逐渐变大再逐渐变小，所述电介质材料的最大厚度所述电介质材料的长度L≥4dmax。优选地，所述电介质材料的截面形状呈拱形或三角形。进一步技术方案中，所述电介质材料的截面形状呈等腰三角形。优选地，所述电介质材料的最大厚度为本专利技术还提供了一种新型光学波导隐身器件，包括内径为w的中空圆柱波导，所述中空圆柱波导内部设有各向同性的电介质材料，所述电介质材料在经过中心轴的截面关于波导的中心轴对称且所述电介质材料的厚度逐渐变大再逐渐变小，所述电介质材料的最大厚度所述电介质材料的长度L≥4dmax。优选地，所述电介质材料(1)的截面形状呈拱形或三角形。进一步技术方案中，所述电介质材料(1)的截面形状呈等腰三角形。优选地，所述电介质材料(1)的最大厚度由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术在波导中加入由单一电介质材料构成的渐变结构，来诱导电磁波绕过物体从而实现波导隐身，本专利技术的光学波导隐身器件在光学通讯、集成器件、光学隐身等领域具有潜在的应用前景，且具有宽频，不依赖电磁波极化偏振，结构简单等优点。附图说明图1是本专利技术实施例一的光学波导隐身器件的结构示意图。图2是在横电(TE)模式下平行板波导、有电介质材料的平行板波导和有电介质材料且有障碍物的平行板波导的传播场图以及对应的透射曲线图。图3是在横磁(TM)模式下平行板波导、有电介质材料的平行板波导和有电介质材料且有障碍物的平行板波导的传播场图以及对应的透射曲线图。图4是本专利技术实施例一中电介质材料在不同厚度下的横电模式的色散关系图。图5是本专利技术实施例二的光学波导隐身器件的侧视图。图6是本专利技术实施例二的光学波导隐身器件的剖面图。图7是在横电(TE10)模式下中空圆柱波导、有障碍物的中空圆柱波导和有电介质材料且有障碍物的中空圆柱波导的传播场图以及对应的透射曲线图。其中：1、电介质材料；2、平行板波导；3、中空圆柱波导。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：实施例一：参见图1所示，一种新型光学波导隐身器件，包括宽度为w、介质层为空气的平行板波导2，平行板波导2内部的两侧分别设有电介质常数相同的各向同性的电介质材料1，电介质材料1关于平行板波导的对称面对称，所述电介质材料1的截面为等腰三角形的渐变结构，图中椭圆为金属障碍物，也可以是矩形或其他形状金属障碍物。平行板波导1由金属板构成，其可当做完美电导体,截面呈等腰三角形结构的电介质材料：介电常数为ε＝12.5，磁导率μ＝1，等腰三角形结构的最大厚度dmax＝4mm，长度L＝20mm，平行板波导宽度w＝24mm。在平行板波导中放置的金属障碍物的长和宽分别为20mm和8mm。参见图2所示，为在横电模式下平行板波导、有电介质材料的平行板波导和有电介质材料且有障碍物的平行板波导的传播场图以及对应的透射曲线图。本专利技术利用数值模拟软件(COMSOL MYLTIPHYSICS)来验证二维平行板波导隐身的效果。首先，我们先验证平行板波导的横电(TE)模式(电场沿着y方向)在工作波长都是30mm时隐身器件的结果。在图2(a)给出了横电(TE)模式电磁波在空波导中传输结果，从中可以发现电磁波完整地在波导中传播。当我们在空波导中加入所设计的渐变电介质结构时，从对应的模拟结构图2(b)中，我们可以看到：随着渐变结构的厚度逐渐变大，入射的电磁波会被逐渐耦合到渐变电介质结构上去，并以一种束缚在电介质中的“表面态”形式在波导中传播；然后随着渐变结构的厚度逐渐变小，这种“表面态”形式的电磁波逐渐转化为传输的电磁波，并重新在波导中传播。为了验证图2(b)中的平行板波导的隐身效果，我们在波导中安放了一个矩形的金属障碍物，从图2(c)中我们可以发现电磁波成功地以一种“表面态”形式绕过了金属障碍物，而不引起波导中电磁波反射，实现波导中的电磁波隐身。为了验证本专利技术中平行板波导器件的宽频特点，我们分别测试了空波导中(圆圈)、带有金属障碍物的波导中(实线)、带有渐变结构的波导中(点线)以及同时带有渐变结构和金属障碍物的波导中(五角星)的透射率，见图2(d)。我们明显可以发现，由于金属障碍物将大部分电磁波反射回去，导致了在带有金属障碍物的波导中的透射率(实线)非常之低。然而当加入渐变结构后，我们发现同时带有渐变结构和金属障碍物的波导中的透射率(五角星)在很宽的波长范围下(28mm至40mm)都显著提高，实现了宽频的电磁波隐身。参见图3所示，为在横磁模式下平行板波导、有电介质材料的平行板波导和有电介质材料且有障碍物的平行板波导的传播场图以及对应的透射曲线图。我们验证平行板波导的横磁(TM)模式(磁场沿着y方向)在工作波长都是30mm隐身器件的结果。在图3(a)中，我们给出横磁模式在电磁波空波导中传输结果，从中可以发现电磁波完整地在波导中传播。当我们在空波导中加入所设计的渐变电介质结构时，从对应的模拟结构图3(b)中，我们同样可以看到：随着渐变结构的厚度逐渐变大，入射的横磁模式电磁波也会被逐渐耦合到渐变电介质结构上去，并以一种束缚在电介质中的“表面态”形式在波导中传播；然后随着渐变结构的厚度逐渐变小，这种“表面态”形式的电磁波逐渐转化为传输的电磁波。为了验证图3(b)中的平行板波导的隐身效果，我们在波导中安放了一个矩形的金属障碍物,参见图3(c),我们可以发现电磁波成功地以一种“表面态”形式绕过了金属障碍物，而不引起波导中电磁波反射，实现波导中的电磁波隐身。我们同样也检测了横磁模式下隐身器件的宽频效果(见图3(d)),我们发现同时带有渐变结构和金属障碍物的波导中的透射率(五角星)在很宽的波长范围下(24mm至30mm)都很高，这说明了该模式下的隐身效果也很好，也可以在宽频(10GHz-12.5GHz)工作。基于图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型光学波导隐身器件，包括宽度为w、介质层为空气的平行板波导（2），其特征在于：所述平行板波导（2）内部的两侧分别设有介电常数相同的各向同性的电介质材料（1），所述电介质材料（1）关于所述平行板波导（2）的对称面对称，以电磁波传播方向为Z轴，以垂直于平形板方向为X轴，所述电介质材料（1）在XZ方向的截面的厚度逐渐变大再逐渐变小，所述电介质材料（1）的最大厚度dmax＜，所述电介质材料（1）的长度L≥4dmax。

【技术特征摘要】
1.一种新型光学波导隐身器件，包括宽度为w、介质层为空气的平行板波导（2），其特征在于：所述平行板波导（2）内部的两侧分别设有介电常数相同的各向同性的电介质材料（1），所述电介质材料（1）关于所述平行板波导（2）的对称面对称，以电磁波传播方向为Z轴，以垂直于平形板方向为X轴，所述电介质材料（1）在XZ方向的截面的厚度逐渐变大再逐渐变小，所述电介质材料（1）的最大厚度dmax＜，所述电介质材料（1）的长度L≥4dmax。2.根据权利要求1所述的新型光学波导隐身器件，其特征在于：所述电介质材料（1）的截面形状呈拱形或三角形。3.根据权利要求2所述的新型光学波导隐身器件，其特征在于：所述电介质材料（1）的截面形状呈等腰三角形。4.根据权利要求1所述的新型光学波导隐身器件，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亚东，伏洋洋，陈焕阳，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32