一种基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器，属于电磁技术领域。它包括集成基片，所述集成基片上设有一维多层电磁结构，所述一维多层电磁结构为(AB)

A TM and TE wave separator based on one-dimensional multilayer artificial electromagnetic structure

【技术实现步骤摘要】
一种基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器
本技术属于电磁
，具体地说，涉及一种基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器。
技术介绍
虽然40多年前Veselago提出负折射率概念，但由于自然界中不存在负折射材料，直到1996年，Pendry提出了实现负折射材料方法，Smith于2002年首次通过实验的方法实现负折射率后，人工电磁材料的研究受到越来越多的重视。由于人工电磁材料电磁参数的可变性，如可实现负电磁参数材料，单负介电常数材料(ε＜0，μ＞0)、单负磁导率材料(ε＞0，μ＜0)、渐变电磁参数材料等，电磁波在人工光介质中的性质得到了发现和研究，如人们在理论在研究了人工电磁材料的新颖特性和潜在应用，如用负折射率材料可以制作成超级透镜实现电光源的完美成像、超级波导、电磁波的旋转、电磁波的分裂、电磁隐身等。虽然电磁波在人工材料的特性有很多潜在应用，但这些特性的讨论和研究绝大多数是基于理想的各向同性的电磁参数，而实际的人工电磁材料是通过周期性的或非周期性的结构组成，由于结构的不对称性，在制作中获得各向同性的电磁参数非常困难，且电磁波在各向异性的电磁材料的传播与各向同性的介质的传播有着不同的规律，因此研究各向异性的电磁人工材料特性有重要的实际意义。公开日为2018年9月4日的中国专利201810259495.8公开了一种偏振分束元件和装置，所述偏振分束元件包括周期性交替叠加的电介质薄膜和金属薄膜，一层电介质薄膜和一层金属薄膜构成一个周期性重复单元，当光线以平行于偏振分束元件界面入射时，光线中的横电波(TE波)与横磁波(TM波)由于在偏振分束元件中的色散关系不同从而可以实现分离。但该专利技术主要应用于光波段电磁波TM和TE波的分离，不能用于微波段TM和TE波的分离。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本技术的目的在于提供一种基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器，用各向异性的人工材料和金属构成的一维结构，实现微波段TM和TE波的完全分离。为解决上述问题，本技术采用如下的技术方案。一种基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器，包括集成基片，所述集成基片上设有一维多层电磁结构，所述一维多层电磁结构为(AB)n型，A介质层为负介电常数材料层，B介质层为双轴各向异性人工电磁材料层，n为大于1的自然数。进一步地，A介质层的介电常数为其中ωpe是电等离子体的振荡频率，ω为入射电磁波的频率；B介质层的介电常数为其中εrx、εry、εrz为分别是主对角线上的相对介电常数。进一步地，n为10。进一步地，A介质层和B介质层的相对磁导率为1。进一步地，A介质层的介电常数为其中ωpe＝1.424×1012Hz，ω为入射电磁波的频率；B介质层的相对介电常数为εrx＝2.91，εry＝1.0，εrz＝2.57。进一步地，A介质层的厚度为4×10-4～7×10-4m，B介质层的厚度为1.5×10-3～3.0×10-3m。更进一步地，A介质层的厚度为6×10-4m，B介质层的厚度为2×10-3m。相比于现有技术，本技术的有益效果为：(1)本技术的TM与TE波分离器是由负介电常数材料和各向异性的人工电磁材料构成的多层结构，可以构成特殊的谐振结构，实现特定频率的电磁波的完全透射。(2)本技术的TM与TE波分离器利用TE和TM波在介质层的传播模式不同，实现TE波和TM波的分离。(3)本技术的TM与TE波分离器中的各向异性人工电磁介质层的厚度是影响特殊谐振结构的频率的重要因数，通过改变其厚度实现不同频率的TE和TM电磁波在介质层中的传播和分离。附图说明图1为本技术的TM与TE波分离器的结构示意图；图中：Ai：负介电常数材料介质层，Bi：双轴各向异性人工电磁材料介质层，i为依次排序的周期性重复单元的序号。图2为不同入射角情况下，电磁波反射系数随着频率变化的场分布图(实线为TE波，虚线为TM波)；图中：2-a的入射角θ＝0°，2-b的入射角θ＝30°，2-c的入射角θ＝45°，2-d的入射角θ＝60°。图3为不同的单负介电常数人工电磁材料厚度情况下，电磁波反射系数随着频率变化的场分布图(实线为TE波，虚线为TM波)；图中：3-a中A介质层的厚度为4×10-4m，B介质层的厚度为2×10-3m；3-b中A介质层的厚度为5×10-4m，B介质层的厚度为2×10-3m；3-a中A介质层的厚度为6×10-4m，B介质层的厚度为2×10-3m；3-a中A介质层的厚度为7×10-4m，B介质层的厚度为2×10-3m。图4为不同各向异性人工电磁材料厚度情况下，电磁波反射系数随着频率变化的场分布图(实线为TE波，虚线为TM波)；图中：4-a中A介质层的厚度为6×10-4m，B介质层的厚度为1.5×10-3m；4-b中A介质层的厚度为6×10-4m，B介质层的厚度为2.0×10-3m；4-c中A介质层的厚度为6×10-4m，B介质层的厚度为2.5×10-3m；4-d中A介质层的厚度为6×10-4m，B介质层的厚度为3.0×10-3m。图5为n＝10，入射角θ＝0°时，f＝1.104×1011Hz的TE波沿z轴传播时电场Ey的分布图，图中的虚线表示不同的介质层；图6为n＝10，入射角θ＝0°时，f＝1.131×1011Hz的TM波沿z轴传播时电场Ey的分布图，图中的虚线表示不同的介质层。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术进一步进行描述。本技术的TM与TE波分离器包括集成基片，集成基片上设有周期性重复单元，每个周期性重复单元由一层单负介电常数材料和一层各向异性的人工电磁材料组成，即将单负介电常数材料和各向异性的人工电磁材料交叉地周期性排列在一起，形成一种一维人工电磁结构。如图1所示，由A、B两种介质层组成(AB)n型一维多层电磁结构，A介质层为负介电常数材料层，B介质层为双轴各向异性人工电磁材料层，n为大于1的自然数，介质层的上方和下方为空气，在图示的三维坐标系中，A、B介质层沿z轴方向依次排列，电磁波是从xy平面的垂直方向进入并沿z轴反方向传播。Ai表示负介电常数材料介质层，厚度为d1，其介电常数为(ωpe是电等离子体的振荡频率，ω为入射电磁波的频率，当入射波的频率小于等离子的振荡频率时，那么εrB＜0)，相对磁导率μr0＝1.0；Bi表示双轴各向异性人工电磁材料介质层，厚度为d2，其介电常数为相对磁导率μr0＝1.0，i为依次排序的周期性重复单元的序号。为了计算电磁波多层介质中的传播特性，首先计算电磁场在半空间传播和反射特性。假设TE入射波(其中kiz和kix分别为沿z和x方向的波矢)入射到电磁参数为双轴各向异性和各项同性的两半空间，根据经典的电磁场理论，则入射空间的场有入射场和反射场：在透射空间透射波可表示为：其中RTE为两半空间反射波系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器，包括集成基片，其特征在于，所述集成基片上设有一维多层电磁结构，所述一维多层电磁结构为(AB)

【技术特征摘要】
1.一种基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器，包括集成基片，其特征在于，所述集成基片上设有一维多层电磁结构，所述一维多层电磁结构为(AB)n型，A介质层为负介电常数材料层，B介质层为双轴各向异性人工电磁材料层，n为大于1的自然数。


2.根据权利要求1所述的基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器，其特征在于，A介质层的介电常数为其中ωpe是电等离子体的振荡频率，ω为入射电磁波的频率；B介质层的介电常数为其中εrx、εry、εrz为分别是主对角线上的相对介电常数。


3.根据权利要求1或2所述的基于一维多层人工电磁结构的TM与TE波分离器，其特征在于，n为10。


4.根据权利要求1或2所述的基于一维多层人工电磁结构的TM与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧舟，余观夏，祝宇佳，楚生玺，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32