基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法
基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，包括以下步驟：構造磁性光子晶體,所述磁性光子晶體包括有通孔的基材和由多個鐵氧體柱組成，所述鐵氧體柱置于通孔中；對所述鐵氧體柱施加外加偏置磁場，以打開能帶狄拉克簡并點,生成可類比整數量子霍爾效應的帶隙；如果此帶隙處于歸一化頻率0.5以上，通過增大所述鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數，從而增大占空比，降低光子晶體此帶隙的頻率；通過改變邊界鐵氧體柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶體投影能帶出現單向邊界態,從而實現能量的自導單向邊緣傳輸。本發明實現電磁波束穩定的單向傳輸，當去掉某些邊界鐵氧體柱或在邊界插入金屬，不會改變其單向傳輸特性。
【專利說明】基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電磁波束的控制【技術領域】，特別是涉及一種利用可調旋磁媒質(基于鐵氧體的磁性光子晶體)實現電磁波束單向傳輸的方法，具體是一種磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，更具體是一種基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法。
【背景技術】
[0002]鐵氧體材料為現階段構成電磁單向邊緣態的主要媒質。通過類比可類比整數量子霍爾效應，引入氧化鋁等介質型光子晶體、金屬檔板等限制層抑制電磁波的空間輻射，或者通過類石墨烯結構的21以#自導邊界模式，實現了電磁波沿邊界單一方向傳播。上述方法中當引入氧化鋁等介質型光子晶體后，添加新的光子晶體結構，使整體結構變得復雜，不宜集成。當引入金屬檔板等限制層抑制電磁波的空間輻射后，由于金屬存在較強的吸收，電磁波會有損耗。通過類石墨烯結構的自導邊界模式，存在單位面積中圓柱的較多，增大制作成本，且排列較為復雜的問題。
【發明內容】
[0003]發明目的:提供一種新的結構簡單，實現方便的利用可調旋磁媒質(基于鐵氧體的磁性光子晶體)實現電磁波束的控制方法，實現電磁波束穩定的單向傳輸。
[0004]技術方案:為實現上述目的，本發明米用的技術方案為一種基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，包括以下步驟:
(1)構造磁性光子晶體，所述磁性光子晶體包括有通孔的基材和由多個鐵氧體柱組成，所述鐵氧體柱置于通孔中；
(2)對所述鐵氧體柱施加外加偏置磁場，以打開能帶狄拉克簡并點，生成可類比整數量子霍爾效應的帶隙；
(3)如果此帶隙處于歸一化頻率0.5以上，通過增大所述鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數，從而增大占空比，降低磁性光子晶體在此帶隙的頻率；
(4)通過改變邊界鐵氧體柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶體投影能帶出現單向邊界態，從而實現能量的自導單向邊緣傳輸。
[0005]進一步的，能量的單向邊緣傳輸是自導的，不需要限制層。
[0006]進一步的，所述鐵氧體柱的材料為軟磁。更進一步地，所述鐵氧體柱的材料為釔鐵石榴石鐵氧體。
[0007]進一步的，所述磁性光子晶體投影能帶出現單向邊緣態是通過改變邊界圓柱的大小才會出現的。
[0008]進一步的，所述鐵氧體柱的形狀為規則柱體，典型為圓柱體。
[0009]進一步的，所述多個鐵氧體柱構成陣列，該陣列不具有類似于石墨烯蜂窩陣列的空間破缺特性，典型為矩形陣列，進一步為正方點陣。
[0010]進一步的，所述基材的介電常數介于1.0-1.18之間，典型為泡沫。
[0011]進一步的，所述基材的上表面和下表面分別設有蓋板，更進一步，蓋板的材料為金屬，優選為鋁板。
[0012]工作原理:在二維旋磁性光子晶體中，在外加磁場作用下，由于張量磁導率非對角線上元素的引入導致結構的時間反演對稱性破缺，進而造成能帶非零陳數的存在，使原來能帶中的非線性簡并態劈裂，在此帶隙中存在單通邊界態；通過增大鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數從而增大占空比的方法，降低磁性光子晶體在此帶隙的頻率，設計出現可類比整數量子霍爾效應的帶隙處于歸一化頻率0.5以下(即空氣線以下)；通過改變邊界鐵氧體柱的大小修飾表面引入離散線缺陷，使二維正方點陣磁性光子晶體投影能帶出現單向邊緣態。最終，實現了一種新型磁性光子晶體自導單向邊界傳輸。所述表面為位于磁性光子晶體邊界的鐵氧體柱。所述表面缺陷為磁性光子晶體邊界的鐵氧體柱橫截面大小不同于內部鐵氧體柱。自導的含義是磁性光子晶體的邊界外側無需添加限制層。
[0013]有益效果:本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:本發明通過降低磁性光子晶體可類比整數量子霍爾效應帶隙的頻率以及改變邊界鐵氧體柱的大小實現能量的自導單向邊緣傳輸。本發明避免了引入氧化鋁等介質型光子晶體、金屬檔板等限制層抑制電磁波的空間輻射。同時，也不同于類石墨烯結構的21以#自導邊界模式。具有結構簡單，加工容易，成本低廉，易于實現等優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1 (八)示出了采用本發明方法設計磁性光子晶體的二維結構示意圖。
[0015]圖1 (8)示出了采用本發明方法設計磁性光子晶體的三維結構示意圖。
[0016]圖2 (八)示出了未設置外加磁場時能帶結構仿真結果圖。
[0017]圖2 (8)示出了設置外加磁場時能帶結構仿真結果圖。
[0018]圖3 (八)示出了未修飾表面時投影能帶結構仿真結果圖。
[0019]圖3 (8)示出了改變邊界鐵氧體圓柱體的大小時投影能帶結構仿真結果圖。
[0020]圖4 (八)示出了單向傳輸能流仿真圖。
[0021]圖4 (8)示出了邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0022]圖5 (八)示出了邊界去掉一鐵氧體圓柱體時，單向傳輸能流仿真圖。
[0023]圖5 (8)示出了邊界去掉一鐵氧體圓柱體時，邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0024]圖6 (八)示出了邊界插入金屬鋁條時，單向傳輸能流仿真圖。
[0025]圖6 (8)示出了邊界插入金屬鋁條時，邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0026]圖7示出了矩形點陣(晶格常數4幸磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。
[0027]圖8 (八)示出了采用本發明方法設計矩形點陣(晶格常數4幸…)正方形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。
[0028]圖8 (8)示出了矩形點陣(晶格常數4古…)正方形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。
[0029]圖9 (八)示出了采用本發明方法設計矩形點陣(晶格常數4幸…)三角形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。
[0030]圖9 (8)示出了矩形點陣(晶格常數4古…)三角形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。
[0031]圖10 (八)示出了采用本發明方法設計三角點陣圓形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。
[0032]圖10 (8)示出了三角點陣圓形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0034]本申請受淮安市信息功能材料研究重點實驗室開放課題、江蘇省自然科學基金資助(81(20130854),國家級2014年大學生創新創業訓練計劃項目(項目批準號:201410323018)和江蘇省2014年大學生實踐創新訓練計劃項目(項目批準號:2014103230182)支持。
[0035]本發明一種基于表面修飾磁性光子晶體自導單向邊界態傳輸方法，包括以下步驟:
(1)構造磁性光子晶體，所述磁性光子晶體包括有通孔的基材和由多個鐵氧體柱組成，所述鐵氧體柱置于通孔中；
(2)對所述鐵氧體柱施加外加偏置磁場，以打開能帶狄拉克簡并點，生成可類比整數量子霍爾效應的帶隙；
(3)如果此帶隙處于歸一化頻率0.5以上，通過增大所述鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數，從而增大占空比，降低磁性光子晶體在此帶隙的頻率；
(4)通過改變邊界鐵氧體柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶體投影能帶出現單向邊界態，從而實現能量的自導單向邊緣傳輸。
[0036]結合【專利附圖】
【附圖說明】一種實現本發明的具體方案如下:
如圖1所示，本實施例中，其主要包括陣列鐵氧體圓柱體1構成的磁性光子晶體和泡沫材質的基材2，鐵氧體圓柱體位于泡沫材質的通孔中。基材2的上表面和下表面分別設有蓋板3。磁性光子晶體為正方點陣，晶格常數4=32，1*1為位于內部的鐵氧體圓柱體半徑，1*2為位于邊界的鐵氧體圓柱體半徑，高度都為10皿。所加外加偏置磁場為600 06，外加偏置磁場大小范圍可以調節。介電常數為15.26，它在微波段基本上為一個常數。
[0037]圖2 (八)示出了未修飾邊界42= 1*0、未設置外加磁場時能帶結構仿真結果圖。其中能帶1和能帶2之間在1點為狄拉克簡并點；圖2 (8)示出了未修飾邊界設置外加磁場為600 06時能帶結構仿真結果圖。其中能帶1和能帶2之間在1點(即簡并點)被劈裂。通過計算可知能帶間有陳數的交換，兩條能帶間可存在單向邊界態。
[0038]通過增大鐵氧體柱橫截面積、降低晶格常數從而增大占空比的方法，降低光子晶體此帶隙的頻率，設計出現能帶1和能帶2之間帶隙處于歸一化頻率0.5以下(即空氣線以下圖3(八)示出了未修飾表面時投影能帶結構仿真結果圖。將鐵氧體圓柱體半徑!'1、1~2設為3.5皿，晶格常數3設為15皿。不過，對應的帶隙間并未出現邊界態。通過改變邊界鐵氧體圓柱體的大小，將鐵氧體圓柱體半徑!'2設為3.0111111。圖3 (8)中示出了改變邊界鐵氧體圓柱體的大小時投影能帶結構仿真結果圖。可見，對應的帶隙間灰色矩形區域出現單向邊界態，并且處于光錐之外。
[0039]圖4(八)示出了單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.6(^2，落在對應的帶隙中。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向右傳輸的表面波。圖4 (8)示出了邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0040]圖5 (八)示出了邊界去掉一鐵氧體圓柱體時，單向傳輸能流仿真圖。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減。經過點缺陷位置時，自動選著路徑繞開缺陷，能量有所衰減，但是不會產生任何背向散射場，繼續沿著邊界向右傳輸。圖5
(8)示出了邊界去掉一鐵氧體圓柱體時，邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0041]圖6 (八)示出了邊界插入金屬鋁條時，單向傳輸能流仿真圖。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減。經過金屬鋁條位置時，自動選著路徑繞開障礙物，能量有所衰減，但是不會產生任何背向散射場，繼續沿著邊界向右傳輸。圖6(8)示出了邊界插入金屬鋁條時，邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0042]圖7示出了矩形點陣(晶格常數4幸…)磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.6(^2。磁性光子晶體為矩形點陣，晶格常數￡11幸￡12, ￡11 = 17111111, ￡12=15111111,1-1=3.5111111, 1*2=3.0111111。鐵氧體圓柱體高度為10臟，所加外加偏置磁場為600 06。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向右傳輸的表面波。
[0043]圖8 (八)示出了采用本發明方法設計矩形點陣(晶格常數4幸…)正方形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。磁性光子晶體為矩形點陣，晶格常數4古…，4=17皿，32=15111111。1*1為位于內部的鐵氧體正方柱體邊長，1*2為位于邊界的鐵氧體正方柱體邊長，1-1=6.2臟，1-2=5.3臟。鐵氧體正方柱體高度為10臟。
[0044]圖8(8)示出了矩形點陣(晶格常數4幸82)正方形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.6(^2。所加外加偏置磁場為600 06。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向右傳輸的表面波。
[0045]圖9 (八)示出了采用本發明方法設計矩形點陣(晶格常數4幸…)三角形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。磁性光子晶體為矩形點陣，晶格常數4古…，4=19皿，￡12=15111111, 1*1為位于內部的鐵氧體等腰直角三角柱體邊長，1*2為位于邊界的鐵氧體等腰直角三角柱體邊長，1^1=12.4臟，1-2=10.3臟。鐵氧體圓柱體高度為10臟。
[0046]圖9(8)示出了矩形點陣(晶格常數4古…)三角形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.9(^2。所加外加偏置磁場為600 06。在遠離點源的右側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向左傳輸的表面波。
[0047]圖10 (八)示出了采用本發明方法設計三角點陣圓形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。磁性光子晶體晶格常數￡11= ￡12=16., 11=3.5皿，12=3.0皿，1*1為位于內部的鐵氧體圓柱體半徑，1*2為位于邊界的鐵氧體圓柱體半徑。鐵氧體圓柱體高度為10皿。
[0048]圖10 (8)示出了三角點陣圓形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.5(^2。所加外加偏置磁場為600 06。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向右傳輸的表面波。
【權利要求】
1.一種基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)構造磁性光子晶體，所述磁性光子晶體包括有通孔的基材和由多個鐵氧體柱組成，所述鐵氧體柱置于通孔中； (2)對所述鐵氧體柱施加外加偏置磁場，以打開能帶狄拉克簡并點，生成可類比整數量子霍爾效應的帶隙； (3)如果此帶隙處于歸一化頻率0.5以上，通過增大所述鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數，從而增大占空比，降低磁性光子晶體在此帶隙的頻率； (4)通過改變邊界鐵氧體柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶體投影能帶出現單向邊界態，從而實現能量的自導單向邊緣傳輸。
2.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述鐵氧體柱的材料為軟磁。
3.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述鐵氧體柱的形狀為規則柱體。
4.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述多個鐵氧體柱構成規則形狀的陣列。
5.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述基材的介電常數介于1.0-1.18之間。
6.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述基材的上表面和下表面分別設有蓋板。
7.根據權利要求6所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述蓋板的材料為金屬。
【文檔編號】H01P3/16GK104466323SQ201410801182
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月22日 優先權日:2014年12月22日
【發明者】李清波, 周平, 孫慧玲, 平學偉, 李珊珊 申請人:淮陰師范學院
【專利摘要】本發明公開了一種基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，包括以下步驟：構造磁性光子晶體,所述磁性光子晶體包括有通孔的基材和由多個鐵氧體柱組成，所述鐵氧體柱置于通孔中；對所述鐵氧體柱施加外加偏置磁場，以打開能帶狄拉克簡并點,生成可類比整數量子霍爾效應的帶隙；如果此帶隙處于歸一化頻率0.5以上，通過增大所述鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數，從而增大占空比，降低光子晶體此帶隙的頻率；通過改變邊界鐵氧體柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶體投影能帶出現單向邊界態,從而實現能量的自導單向邊緣傳輸。本發明實現電磁波束穩定的單向傳輸，當去掉某些邊界鐵氧體柱或在邊界插入金屬，不會改變其單向傳輸特性。
【專利說明】基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電磁波束的控制【技術領域】，特別是涉及一種利用可調旋磁媒質(基于鐵氧體的磁性光子晶體)實現電磁波束單向傳輸的方法，具體是一種磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，更具體是一種基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法。
【背景技術】
[0002]鐵氧體材料為現階段構成電磁單向邊緣態的主要媒質。通過類比可類比整數量子霍爾效應，引入氧化鋁等介質型光子晶體、金屬檔板等限制層抑制電磁波的空間輻射，或者通過類石墨烯結構的21以#自導邊界模式，實現了電磁波沿邊界單一方向傳播。上述方法中當引入氧化鋁等介質型光子晶體后，添加新的光子晶體結構，使整體結構變得復雜，不宜集成。當引入金屬檔板等限制層抑制電磁波的空間輻射后，由于金屬存在較強的吸收，電磁波會有損耗。通過類石墨烯結構的自導邊界模式，存在單位面積中圓柱的較多，增大制作成本，且排列較為復雜的問題。
【發明內容】
[0003]發明目的:提供一種新的結構簡單，實現方便的利用可調旋磁媒質(基于鐵氧體的磁性光子晶體)實現電磁波束的控制方法，實現電磁波束穩定的單向傳輸。
[0004]技術方案:為實現上述目的，本發明米用的技術方案為一種基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，包括以下步驟:
(1)構造磁性光子晶體，所述磁性光子晶體包括有通孔的基材和由多個鐵氧體柱組成，所述鐵氧體柱置于通孔中；
(2)對所述鐵氧體柱施加外加偏置磁場，以打開能帶狄拉克簡并點，生成可類比整數量子霍爾效應的帶隙；
(3)如果此帶隙處于歸一化頻率0.5以上，通過增大所述鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數，從而增大占空比，降低磁性光子晶體在此帶隙的頻率；
(4)通過改變邊界鐵氧體柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶體投影能帶出現單向邊界態，從而實現能量的自導單向邊緣傳輸。
[0005]進一步的，能量的單向邊緣傳輸是自導的，不需要限制層。
[0006]進一步的，所述鐵氧體柱的材料為軟磁。更進一步地，所述鐵氧體柱的材料為釔鐵石榴石鐵氧體。
[0007]進一步的，所述磁性光子晶體投影能帶出現單向邊緣態是通過改變邊界圓柱的大小才會出現的。
[0008]進一步的，所述鐵氧體柱的形狀為規則柱體，典型為圓柱體。
[0009]進一步的，所述多個鐵氧體柱構成陣列，該陣列不具有類似于石墨烯蜂窩陣列的空間破缺特性，典型為矩形陣列，進一步為正方點陣。
[0010]進一步的，所述基材的介電常數介于1.0-1.18之間，典型為泡沫。
[0011]進一步的，所述基材的上表面和下表面分別設有蓋板，更進一步，蓋板的材料為金屬，優選為鋁板。
[0012]工作原理:在二維旋磁性光子晶體中，在外加磁場作用下，由于張量磁導率非對角線上元素的引入導致結構的時間反演對稱性破缺，進而造成能帶非零陳數的存在，使原來能帶中的非線性簡并態劈裂，在此帶隙中存在單通邊界態；通過增大鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數從而增大占空比的方法，降低磁性光子晶體在此帶隙的頻率，設計出現可類比整數量子霍爾效應的帶隙處于歸一化頻率0.5以下(即空氣線以下)；通過改變邊界鐵氧體柱的大小修飾表面引入離散線缺陷，使二維正方點陣磁性光子晶體投影能帶出現單向邊緣態。最終，實現了一種新型磁性光子晶體自導單向邊界傳輸。所述表面為位于磁性光子晶體邊界的鐵氧體柱。所述表面缺陷為磁性光子晶體邊界的鐵氧體柱橫截面大小不同于內部鐵氧體柱。自導的含義是磁性光子晶體的邊界外側無需添加限制層。
[0013]有益效果:本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:本發明通過降低磁性光子晶體可類比整數量子霍爾效應帶隙的頻率以及改變邊界鐵氧體柱的大小實現能量的自導單向邊緣傳輸。本發明避免了引入氧化鋁等介質型光子晶體、金屬檔板等限制層抑制電磁波的空間輻射。同時，也不同于類石墨烯結構的21以#自導邊界模式。具有結構簡單，加工容易，成本低廉，易于實現等優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1 (八)示出了采用本發明方法設計磁性光子晶體的二維結構示意圖。
[0015]圖1 (8)示出了采用本發明方法設計磁性光子晶體的三維結構示意圖。
[0016]圖2 (八)示出了未設置外加磁場時能帶結構仿真結果圖。
[0017]圖2 (8)示出了設置外加磁場時能帶結構仿真結果圖。
[0018]圖3 (八)示出了未修飾表面時投影能帶結構仿真結果圖。
[0019]圖3 (8)示出了改變邊界鐵氧體圓柱體的大小時投影能帶結構仿真結果圖。
[0020]圖4 (八)示出了單向傳輸能流仿真圖。
[0021]圖4 (8)示出了邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0022]圖5 (八)示出了邊界去掉一鐵氧體圓柱體時，單向傳輸能流仿真圖。
[0023]圖5 (8)示出了邊界去掉一鐵氧體圓柱體時，邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0024]圖6 (八)示出了邊界插入金屬鋁條時，單向傳輸能流仿真圖。
[0025]圖6 (8)示出了邊界插入金屬鋁條時，邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0026]圖7示出了矩形點陣(晶格常數4幸磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。
[0027]圖8 (八)示出了采用本發明方法設計矩形點陣(晶格常數4幸…)正方形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。
[0028]圖8 (8)示出了矩形點陣(晶格常數4古…)正方形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。
[0029]圖9 (八)示出了采用本發明方法設計矩形點陣(晶格常數4幸…)三角形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。
[0030]圖9 (8)示出了矩形點陣(晶格常數4古…)三角形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。
[0031]圖10 (八)示出了采用本發明方法設計三角點陣圓形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。
[0032]圖10 (8)示出了三角點陣圓形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0034]本申請受淮安市信息功能材料研究重點實驗室開放課題、江蘇省自然科學基金資助(81(20130854),國家級2014年大學生創新創業訓練計劃項目(項目批準號:201410323018)和江蘇省2014年大學生實踐創新訓練計劃項目(項目批準號:2014103230182)支持。
[0035]本發明一種基于表面修飾磁性光子晶體自導單向邊界態傳輸方法，包括以下步驟:
(1)構造磁性光子晶體，所述磁性光子晶體包括有通孔的基材和由多個鐵氧體柱組成，所述鐵氧體柱置于通孔中；
(2)對所述鐵氧體柱施加外加偏置磁場，以打開能帶狄拉克簡并點，生成可類比整數量子霍爾效應的帶隙；
(3)如果此帶隙處于歸一化頻率0.5以上，通過增大所述鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數，從而增大占空比，降低磁性光子晶體在此帶隙的頻率；
(4)通過改變邊界鐵氧體柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶體投影能帶出現單向邊界態，從而實現能量的自導單向邊緣傳輸。
[0036]結合【專利附圖】
【附圖說明】一種實現本發明的具體方案如下:
如圖1所示，本實施例中，其主要包括陣列鐵氧體圓柱體1構成的磁性光子晶體和泡沫材質的基材2，鐵氧體圓柱體位于泡沫材質的通孔中。基材2的上表面和下表面分別設有蓋板3。磁性光子晶體為正方點陣，晶格常數4=32，1*1為位于內部的鐵氧體圓柱體半徑，1*2為位于邊界的鐵氧體圓柱體半徑，高度都為10皿。所加外加偏置磁場為600 06，外加偏置磁場大小范圍可以調節。介電常數為15.26，它在微波段基本上為一個常數。
[0037]圖2 (八)示出了未修飾邊界42= 1*0、未設置外加磁場時能帶結構仿真結果圖。其中能帶1和能帶2之間在1點為狄拉克簡并點；圖2 (8)示出了未修飾邊界設置外加磁場為600 06時能帶結構仿真結果圖。其中能帶1和能帶2之間在1點(即簡并點)被劈裂。通過計算可知能帶間有陳數的交換，兩條能帶間可存在單向邊界態。
[0038]通過增大鐵氧體柱橫截面積、降低晶格常數從而增大占空比的方法，降低光子晶體此帶隙的頻率，設計出現能帶1和能帶2之間帶隙處于歸一化頻率0.5以下(即空氣線以下圖3(八)示出了未修飾表面時投影能帶結構仿真結果圖。將鐵氧體圓柱體半徑!'1、1~2設為3.5皿，晶格常數3設為15皿。不過，對應的帶隙間并未出現邊界態。通過改變邊界鐵氧體圓柱體的大小，將鐵氧體圓柱體半徑!'2設為3.0111111。圖3 (8)中示出了改變邊界鐵氧體圓柱體的大小時投影能帶結構仿真結果圖。可見，對應的帶隙間灰色矩形區域出現單向邊界態，并且處于光錐之外。
[0039]圖4(八)示出了單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.6(^2，落在對應的帶隙中。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向右傳輸的表面波。圖4 (8)示出了邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0040]圖5 (八)示出了邊界去掉一鐵氧體圓柱體時，單向傳輸能流仿真圖。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減。經過點缺陷位置時，自動選著路徑繞開缺陷，能量有所衰減，但是不會產生任何背向散射場，繼續沿著邊界向右傳輸。圖5
(8)示出了邊界去掉一鐵氧體圓柱體時，邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0041]圖6 (八)示出了邊界插入金屬鋁條時，單向傳輸能流仿真圖。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減。經過金屬鋁條位置時，自動選著路徑繞開障礙物，能量有所衰減，但是不會產生任何背向散射場，繼續沿著邊界向右傳輸。圖6(8)示出了邊界插入金屬鋁條時，邊界第一排鐵氧體圓柱體外側的能流值。
[0042]圖7示出了矩形點陣(晶格常數4幸…)磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.6(^2。磁性光子晶體為矩形點陣，晶格常數￡11幸￡12, ￡11 = 17111111, ￡12=15111111,1-1=3.5111111, 1*2=3.0111111。鐵氧體圓柱體高度為10臟，所加外加偏置磁場為600 06。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向右傳輸的表面波。
[0043]圖8 (八)示出了采用本發明方法設計矩形點陣(晶格常數4幸…)正方形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。磁性光子晶體為矩形點陣，晶格常數4古…，4=17皿，32=15111111。1*1為位于內部的鐵氧體正方柱體邊長，1*2為位于邊界的鐵氧體正方柱體邊長，1-1=6.2臟，1-2=5.3臟。鐵氧體正方柱體高度為10臟。
[0044]圖8(8)示出了矩形點陣(晶格常數4幸82)正方形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.6(^2。所加外加偏置磁場為600 06。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向右傳輸的表面波。
[0045]圖9 (八)示出了采用本發明方法設計矩形點陣(晶格常數4幸…)三角形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。磁性光子晶體為矩形點陣，晶格常數4古…，4=19皿，￡12=15111111, 1*1為位于內部的鐵氧體等腰直角三角柱體邊長，1*2為位于邊界的鐵氧體等腰直角三角柱體邊長，1^1=12.4臟，1-2=10.3臟。鐵氧體圓柱體高度為10臟。
[0046]圖9(8)示出了矩形點陣(晶格常數4古…)三角形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.9(^2。所加外加偏置磁場為600 06。在遠離點源的右側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向左傳輸的表面波。
[0047]圖10 (八)示出了采用本發明方法設計三角點陣圓形基元磁性光子晶體的二維結構示意圖。磁性光子晶體晶格常數￡11= ￡12=16., 11=3.5皿，12=3.0皿，1*1為位于內部的鐵氧體圓柱體半徑，1*2為位于邊界的鐵氧體圓柱體半徑。鐵氧體圓柱體高度為10皿。
[0048]圖10 (8)示出了三角點陣圓形基元磁性光子晶體單向傳輸能流仿真圖。所仿真頻率為8.5(^2。所加外加偏置磁場為600 06。在遠離點源的左側方向，電磁波在磁性光子晶體和空氣中都快速衰減，沒有背向散射，形成一個完全自導的向右傳輸的表面波。
【權利要求】
1.一種基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)構造磁性光子晶體，所述磁性光子晶體包括有通孔的基材和由多個鐵氧體柱組成，所述鐵氧體柱置于通孔中； (2)對所述鐵氧體柱施加外加偏置磁場，以打開能帶狄拉克簡并點，生成可類比整數量子霍爾效應的帶隙； (3)如果此帶隙處于歸一化頻率0.5以上，通過增大所述鐵氧體柱橫截面積或減小晶格常數，從而增大占空比，降低磁性光子晶體在此帶隙的頻率； (4)通過改變邊界鐵氧體柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶體投影能帶出現單向邊界態，從而實現能量的自導單向邊緣傳輸。
2.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述鐵氧體柱的材料為軟磁。
3.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述鐵氧體柱的形狀為規則柱體。
4.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述多個鐵氧體柱構成規則形狀的陣列。
5.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述基材的介電常數介于1.0-1.18之間。
6.根據權利要求1所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述基材的上表面和下表面分別設有蓋板。
7.根據權利要求6所述基于表面修飾的磁性光子晶體自導單向邊緣態傳輸方法，其特征在于，所述蓋板的材料為金屬。
【文檔編號】H01P3/16GK104466323SQ201410801182
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月22日 優先權日:2014年12月22日
【發明者】李清波, 周平, 孫慧玲, 平學偉, 李珊珊 申請人:淮陰師范學院
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