【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁波，具体的说，是涉及一种单向传输电磁波特斯拉阀及其设计方法。
技术介绍
1、单向传输电磁波(例如微波、太赫兹波、红外波、可见光波等)在电磁波技术、微波技术、太赫兹技术、红外技术、光通信技术等方面具有广泛应用，例如，微波隔离器、微波环形器、光隔离器、光环形器等均属于单向光传输器件。传统的单向电磁波传输是利用法拉第偏振旋转效应和偏振光栅构成的单向传输系统实现的，其缺点是，此类的单向传输系统需要用到磁场和光栅等结构，系统复杂、成本高，且需要消耗额外能量，造成能量的浪费。
2、另外，传统的单向电磁波传输系统中具有运动部件，相对于无运动部件的系统结构易出现损坏，维护成本高、寿命低。
3、上述缺陷，值得解决。
技术实现思路
1、为了克服现有的技术的不足，本专利技术提供一种单向传输电磁波特斯拉阀及其设计方法。
2、本专利技术技术方案如下所述：
3、一方面，一种单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，包括光子晶体、一个或多个单向传输电磁波特斯拉阀单元，多个所述单向传输电磁波特斯拉阀单元依次连接；
4、每个所述单向传输电磁波特斯拉阀单元均包括第一干涉回路、第二干涉回路，所述第一干涉回路的一端、所述第一干涉回路与所述第二干涉回路之间、所述第二干涉回路的另一端、相邻两个所述单向传输电磁波特斯拉阀单元之间均设有光子晶体波导；
5、沿着电磁波的传输通路，所述单向传输电子波特斯拉阀非对称设置，使得在某一工作频率时，电磁波由所
6、根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述光子晶体由介质杆在背景介质中排列形成，且所述介质杆的折射率大于所述背景介质的折射率。
7、根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述光子晶体由背景介质中的孔洞排列形成，且所述背景介质的折射率大于孔洞所在位置的折射率。
8、根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述光子晶体为正方晶格光子晶体、矩形晶格光子晶体、三角晶格光子晶体、四边形晶格光子晶体或六角晶格光子晶体。
9、根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述第一干涉回路、所述第二干涉回路均由所述光子晶体中的线缺陷形成。
10、根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述第一干涉回路、所述第二干涉回路均为环形波导结构，使得入射的电磁波在该环形波导结构中传输，且其中一部分电磁波返回到环形波导结构的输入口并重新进入环形波导结构中，从而与前期进入环形波导结构中的电磁波产生干涉。
11、根据上述方案的本专利技术，其特征在于，位于所述第一干涉回路与所述第二干涉回路之间的光子晶体波导的长度、位于相邻两个所述单向传输电磁波特斯拉阀单元之间的光子晶体波导的长度均为(0.5+q)a或qa，其中q正为整数，a为光子晶体的晶格常数。
12、根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述电磁波为射频波、微波、太赫兹波、红外光波、可见光波、紫外光波、x射线或gama射线。
13、另一方面，一种单向传输电磁波特斯拉阀的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
14、s1、确定选用的光子晶体结构与干涉回路的结构，初步确定单向传输电磁波特斯拉阀的模拟结构；
15、s2、基于初步确定的光子晶体及干涉回路结构，计算得到所述模拟结构中光子晶体的归一化光子禁带；
16、s3、分别于正向和反向的情况下，在所述模拟结构的一个端口设置输入光源并进行光源的频率扫描，而在另一个端口记录接收到信号的功率；
17、s4、绘制所述模拟结构的单向系数曲线图，并基于该曲线图得到最优化的归一化工作频率，该归一化工作频率对应曲线图中单向系数绝对值最大的位置；
18、s5、根据归一化频率、实际工作频率以及晶格常数，确定该单向传输电磁波特斯拉阀的晶格常数的实际值，并基于晶格常数的实际值计算得到光子晶体中介质柱或孔洞的半径值，最终得到该单向传输电磁波特斯拉阀的实际结构。
19、根据上述方案的本专利技术，其特征在于，步骤s4具体包括：
20、s41、计算正向传输时，输入信号的功率pin,f、输出信号的功率pout,f；再计算所述模拟结构的正向传输系数pout,f/pin,f；
21、s42、计算反向传输时，输入信号的功率pin,r、输出信号的功率pout,r；再计算所述模拟结构的反向传输系数pout,r/pin,r；
22、s43、利用所述模拟结构的正向传输系数和反向传输系数，计算得到所述模拟结构的单向系数：
23、s44、以频率为横坐标、计算得到的单向系数为纵坐标建立坐标系，并在坐标系中绘制所述模拟结构在不同频率下的单向系数对应的曲线图；
24、s45、基于绘制的单向系数曲线图，得到绝对值最大的单向系数及其对应的频率，以该频率作为归一化工作频率。
25、根据上述方案的本专利技术，其有益效果在于：
26、本专利技术基于电磁波波导技术以及电磁波之间相互干涉的原理，通过采用多个干涉回路的应用，并配合干涉回路的结构布局，使得光在相反方向上的传输特性产生大的差异，从而形成了电磁波或光学特斯拉阀，使得光在该结构中的流动具有类似于水在传统液体特斯拉阀中的单向流通的特性。
27、本专利技术可以将具有单向流通性能的上述结构应用至微波隔离器等单向光传输器件中，更有利于单向光传输器件的正向传输、反向隔离功能的实现。与传统的单向传输光学器件不同，本专利技术的电磁波或光学特斯拉阀不需要使用非线性材料、磁性材料、磁光材料等特殊材料，从而具有简单的制作工艺和低的制作成本。同时，本专利技术的单向传输特斯拉阀结构简单，无需要消耗额外能量，成本低，使用寿命高。
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1.一种单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，包括光子晶体、一个或多个单向传输电磁波特斯拉阀单元，多个所述单向传输电磁波特斯拉阀单元依次连接；
2.根据权利要求1所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述光子晶体由介质杆在背景介质中排列形成，且所述介质杆的折射率大于所述背景介质的折射率。
3.根据权利要求1所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述光子晶体由背景介质中的孔洞排列形成，且所述背景介质的折射率大于孔洞所在位置的折射率。
4.根据权利要求1或2或3所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述光子晶体为正方晶格光子晶体、矩形晶格光子晶体、三角晶格光子晶体、四边形晶格光子晶体或六角晶格光子晶体。
5.根据权利要求1或2或3所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述第一干涉回路、所述第二干涉回路均由所述光子晶体中的线缺陷形成。
6.根据权利要求1或2或3所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述第一干涉回路、所述第二干涉回路均为环形波导结构，使得入射的电磁波在该环形波导结构中传输，且其中一部分电磁波返
7.根据权利要求1或2或3所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，位于所述第一干涉回路与所述第二干涉回路之间的光子晶体波导的长度、位于相邻两个所述单向传输电磁波特斯拉阀单元之间的光子晶体波导的长度均为(0.5+Q)a或Qa，其中Q正为整数，a为光子晶体的晶格常数。
8.根据权利要求1或2或3所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述电磁波为射频波、微波、太赫兹波、红外光波、可见光波、紫外光波、X射线或GAMA射线。
9.一种单向传输电磁波特斯拉阀的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的单向传输电磁波特斯拉阀的设计方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，包括光子晶体、一个或多个单向传输电磁波特斯拉阀单元，多个所述单向传输电磁波特斯拉阀单元依次连接；
2.根据权利要求1所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述光子晶体由介质杆在背景介质中排列形成，且所述介质杆的折射率大于所述背景介质的折射率。
3.根据权利要求1所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述光子晶体由背景介质中的孔洞排列形成，且所述背景介质的折射率大于孔洞所在位置的折射率。
4.根据权利要求1或2或3所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述光子晶体为正方晶格光子晶体、矩形晶格光子晶体、三角晶格光子晶体、四边形晶格光子晶体或六角晶格光子晶体。
5.根据权利要求1或2或3所述的单向传输电磁波特斯拉阀，其特征在于，所述第一干涉回路、所述第二干涉回路均由所述光子晶体中的线缺陷形成。
6.根据权利要求1或2或3所述的单向传输电磁波特斯...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳征标，阿斯拉夫阿里·巴卡乎拉，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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