基于互相垂直的磁偶極耦合的介質(zhì)超材料全光開(kāi)關(guān)及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型光電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于互相垂直的磁偶極耦合的介質(zhì)超材料全光開(kāi)關(guān)及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)與光電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)信息傳輸和處理速度的要求不斷提高，這就迫切需要速度更高的信息處理系統(tǒng)。目前，我們的信息處理系統(tǒng)采用光/電/光的數(shù)據(jù)交換模式，由于受到電路處理速度瓶頸的限制，處理系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)更高的信息處理速度。如果采用全光數(shù)據(jù)模式，那么信息傳輸和處理的速度會(huì)達(dá)到光速量級(jí)，這是人類的夢(mèng)想也終將會(huì)實(shí)現(xiàn)。而全光信號(hào)處理技術(shù)，尤其是全光開(kāi)關(guān)技術(shù)便成為實(shí)現(xiàn)全光數(shù)據(jù)模式的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種基于互相垂直的磁偶極耦合的介質(zhì)超材料全光開(kāi)關(guān)及應(yīng)用，具體技術(shù)方案如下:
[0004]所述基于互相垂直的磁偶極耦合的介質(zhì)超材料全光開(kāi)關(guān)由高介電立方體顆粒周期性地排列在基質(zhì)中形成。
[0005]所述高介電是指微波介電常數(shù)大于50。
[0006]所述高介電立方體顆粒為T(mén)i02、CaTi03、BaxSn—xTi03(x = 0?1)及其摻雜物。
[0007]所述基質(zhì)為塑料或特弗倫材料。
[0008]當(dāng)電磁波通過(guò)該光開(kāi)關(guān)時(shí)，高介電立方體顆粒對(duì)電磁波產(chǎn)生Mie散射，從而在特定頻率處出現(xiàn)磁諧振峰。該磁諧振峰的頻率與高介電立方體顆粒的大小、介電常數(shù)、晶胞大小和基質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。
[0009]如上所述的光開(kāi)關(guān)的應(yīng)用:
[0010]將一束信號(hào)電磁波通過(guò)所述光開(kāi)關(guān)樣品，高介電立方體顆粒會(huì)在某一頻率附近發(fā)生磁諧振;此時(shí)，在諧振頻率處，信號(hào)電磁波無(wú)法通過(guò)樣品；而在諧振峰邊帶頻率處，信號(hào)電磁波可以通過(guò)樣品繼續(xù)傳輸；
[0011 ] 將一束與信號(hào)電磁波傳播方向垂直、磁場(chǎng)方向也垂直的調(diào)控電磁波通過(guò)所述光開(kāi)關(guān)樣品，高介電立方體顆粒會(huì)在同一頻率附近產(chǎn)生磁諧振;該磁諧振會(huì)與之前信號(hào)電磁波產(chǎn)生的磁諧振相互耦合，使磁諧振方向由原來(lái)沿著立方體邊長(zhǎng)的方向轉(zhuǎn)變?yōu)檠刂⒎襟w面對(duì)角線方向，從而導(dǎo)致諧振頻率向低頻移動(dòng)，信號(hào)電磁波在新產(chǎn)生的諧振模態(tài)頻率處由傳播聯(lián)通轉(zhuǎn)為阻斷，實(shí)現(xiàn)了光開(kāi)關(guān)的作用。
[0012]通過(guò)調(diào)節(jié)高介電顆粒的大小、介電常數(shù)、晶胞大小和基質(zhì)的介電常數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)該光開(kāi)關(guān)諧振頻率的調(diào)節(jié)。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:
[0014]本發(fā)明可以在一定電磁波頻率處起到光開(kāi)關(guān)作用，通過(guò)調(diào)節(jié)高介電顆粒的大小和介電常數(shù)等參數(shù)可以調(diào)控光開(kāi)關(guān)的頻率。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明基于Mie諧振的光開(kāi)關(guān)示意圖。
[0016]圖2為一束(開(kāi)狀態(tài))和兩束(關(guān)狀態(tài))電磁波通過(guò)光開(kāi)關(guān)樣品時(shí)，信號(hào)電磁波的透射參數(shù)S21曲線對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明得到了一種基于互相垂直的磁偶極耦合的介質(zhì)超材料全光開(kāi)關(guān)及應(yīng)用，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]實(shí)施例1
[0019]利用高溫固相反應(yīng)法合成CaTi03粉體，利用陶瓷漿料流延技術(shù)，得到一定厚度的流延片，通過(guò)排膠和燒結(jié)得到致密的陶瓷片，將陶瓷片切割成2mmX2X2mm的長(zhǎng)方體，將顆粒周期性嵌入塑料基質(zhì)中，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。黑色立方體代表CaTi03高介電陶瓷顆粒，白色代表塑料基質(zhì)。
[0020]圖2中的實(shí)線譜線為一束信號(hào)電磁波通過(guò)光開(kāi)關(guān)樣品的透射參數(shù)S21曲線，從圖中可以看出該光開(kāi)關(guān)樣品的磁諧振峰位于9.98GHz。圖2中的虛線譜線為兩束電磁波同時(shí)通過(guò)光開(kāi)關(guān)樣品時(shí)，信號(hào)電磁波的透射參數(shù)S21曲線，該光開(kāi)關(guān)樣品的諧振峰位于9.92GHz。
[0021]當(dāng)將一束信號(hào)電磁波通過(guò)光開(kāi)關(guān)樣品時(shí)，高介電立方體顆粒會(huì)在9.98GHz處發(fā)生磁諧振。此時(shí)在9.98GHz處信號(hào)電磁波無(wú)法通過(guò)樣品，而在諧振峰邊帶9.92GHz處信號(hào)電磁波可以通過(guò)樣品繼續(xù)傳輸。當(dāng)同時(shí)將一束與信號(hào)電磁波傳播方向垂直、磁場(chǎng)方向也垂直的調(diào)控電磁波通過(guò)樣品時(shí)，高介電立方體顆粒會(huì)在同一頻率附近產(chǎn)生磁諧振。該磁諧振會(huì)與之前信號(hào)電磁波產(chǎn)生的磁諧振相互耦合，使磁諧振方向由原來(lái)沿著立方體邊長(zhǎng)的方向轉(zhuǎn)變?yōu)檠刂⒎襟w面對(duì)角線方向，從而導(dǎo)致諧振頻率向低頻移動(dòng)到9.92GHz，信號(hào)電磁波在此頻率處由傳播聯(lián)通轉(zhuǎn)為阻斷，實(shí)現(xiàn)了光開(kāi)關(guān)的作用?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)高介電顆粒的大小、介電常數(shù)、晶胞大小和基質(zhì)的介電常數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)光開(kāi)關(guān)的頻率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于互相垂直的磁偶極耦合的介質(zhì)超材料全光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述全光開(kāi)關(guān)由高介電立方體顆粒周期性地排列在基質(zhì)中形成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述高介電是指微波介電常數(shù)大于50。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述高介電立方體顆粒為T(mén)i02、CaTi03、BaxSn—xTi03(x = 0?1)及其摻雜物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基質(zhì)為塑料或特弗倫材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的光開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，其特征在于，將一束信號(hào)電磁波通過(guò)所述光開(kāi)關(guān)樣品，高介電立方體顆粒會(huì)在某一頻率附近發(fā)生磁諧振;此時(shí)，在諧振頻率處，信號(hào)電磁波無(wú)法通過(guò)樣品；而在諧振峰邊帶頻率處，信號(hào)電磁波可以通過(guò)樣品繼續(xù)傳輸； 將一束與信號(hào)電磁波傳播方向垂直、磁場(chǎng)方向也垂直的調(diào)控電磁波通過(guò)所述光開(kāi)關(guān)樣品，高介電立方體顆粒會(huì)在同一頻率附近產(chǎn)生磁諧振;該磁諧振會(huì)與之前信號(hào)電磁波產(chǎn)生的磁諧振相互耦合，使磁諧振方向由原來(lái)沿著立方體邊長(zhǎng)的方向轉(zhuǎn)變?yōu)檠刂⒎襟w面對(duì)角線方向，從而導(dǎo)致諧振頻率向低頻移動(dòng)，信號(hào)電磁波在新產(chǎn)生的諧振模態(tài)頻率處由傳播聯(lián)通轉(zhuǎn)為阻斷，實(shí)現(xiàn)了光開(kāi)關(guān)的作用。
【專利摘要】本發(fā)明屬于新型光電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于互相垂直的磁偶極耦合的介質(zhì)超材料全光開(kāi)關(guān)及應(yīng)用。所述光開(kāi)關(guān)由高介電立方體顆粒周期性地排列在基質(zhì)中形成；其中，高介電立方體顆粒為T(mén)iO2、CaTiO3、BaxSr1-xTiO3(x＝0～1)及其摻雜物，基質(zhì)為塑料或特弗倫材料。本發(fā)明可以在一定電磁波頻率處起到光開(kāi)關(guān)作用，并通過(guò)調(diào)節(jié)高介電顆粒的大小和介電常數(shù)等參數(shù)調(diào)控光開(kāi)關(guān)的頻率。
【IPC分類】H01P1/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105449317
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510908720
【發(fā)明人】周濟(jì), 劉曉明
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日