專(zhuān)利名稱(chēng)：一種波導(dǎo)功分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁波通訊領(lǐng)域，涉及一種波導(dǎo)功分器，具體涉及一種應(yīng)用超材料的波導(dǎo)功分器。
背景技術(shù)：
在電磁波通訊領(lǐng)域，波導(dǎo)功分器是一種常用的器件，與微帶線(xiàn)功分器相比，具有損耗小的優(yōu)點(diǎn)。一種典型的波導(dǎo)功分器包括一個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，兩個(gè)輸出端口的方向相反，在某些應(yīng)用場(chǎng)合需要得到同方向的輸出，要想實(shí)現(xiàn)該目的就需要使用拐彎波導(dǎo)，這樣做無(wú)疑會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和電磁波的損失。超材料是一種新型材料，是由非金屬材料制成的基材和附著在基材表面上或嵌入在基材內(nèi)部的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。人造微結(jié)構(gòu)是組成一定幾何圖形的圓柱形或扁平狀金屬絲，例如組成圓環(huán)形、I形的金屬絲等。每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)及其附著或占據(jù)的部分基材構(gòu)成一個(gè)單元，整個(gè)超材料即是由數(shù)十萬(wàn)、百萬(wàn)甚至上億的這樣的單元組成的，就像晶體是由無(wú)數(shù)的晶格按照一定的排布構(gòu)成的，每個(gè)晶格相當(dāng)于上述的人造微結(jié)構(gòu)及部分基材構(gòu)成的單元。由于人造微結(jié)構(gòu)的存在，每個(gè)上述單元整體具有不同于基材本身的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率，因此所有的單元構(gòu)成的超材料對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)呈現(xiàn)出特殊的響應(yīng)特性；同時(shí)，對(duì)人造微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的具體結(jié)構(gòu)和形狀，可改變其單元的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率，進(jìn)而改變整個(gè)超材料的響應(yīng)特性。將超材料技術(shù)應(yīng)用到波導(dǎo)功分器中，改變了傳統(tǒng)的功分器的設(shè)計(jì)理念，而關(guān)于這方面的應(yīng)用研究在目前還未見(jiàn)披露。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的波導(dǎo)功分器在實(shí)現(xiàn)同向輸出時(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種波導(dǎo)功分器，通過(guò)應(yīng)用超材料技術(shù)可以很容易的實(shí)現(xiàn)電磁波功分同向輸出，為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用以下技術(shù)方案—種波導(dǎo)功分器，包括一輸入波導(dǎo)；兩輸出波導(dǎo)，處于同一平面且與所述輸入波導(dǎo)的開(kāi)口方向相同；以及，位于所述輸入波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)之間的由至少一個(gè)超材料片層構(gòu)成的超材料板，所述超材料片層包括片狀的非金屬的基材及附著在所述基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)包括處于一垂直于所述片狀基材的平面即分界面兩側(cè)的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)有多個(gè)，且其各自具有相同的折射率橢球，同時(shí)其各自的折射率橢球的非尋常光光軸相互平行；每個(gè)所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)均為非90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，二者的折射率橢球的非尋常光光軸的夾角不為零或180度。進(jìn)一步地，所述輸入波導(dǎo)為圓波導(dǎo)、方波導(dǎo)或橢圓波導(dǎo)；所述輸出波導(dǎo)為圓波導(dǎo)、方波導(dǎo)或橢圓波導(dǎo)。
進(jìn)一步地，所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)具有其各自相同的幾何形狀且相互平行地均勻排布。進(jìn)一步地，所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)以所述分界面為對(duì)稱(chēng)面對(duì)稱(chēng)。進(jìn)一步地，所述夾角的開(kāi)口方向與入射電磁波的傳播方向一致。進(jìn)一步地，所述超材料板包括多個(gè)超材料片層，所述多個(gè)超材料片層沿垂直于所述超材料片層表面的方向堆疊為一體結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱(chēng)軸不垂直且不平行于所述分界面。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為“工”字形、“十”字形或者橢圓形。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為任意非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明波導(dǎo)功分器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的超材料板是根據(jù)人造微觀結(jié)構(gòu)對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)與其結(jié)構(gòu)有關(guān)的原理，使射入的電磁波分成兩束與入射方向相同的電磁波射出，使得進(jìn)入輸入波導(dǎo)的電磁波只需通過(guò)超材料即實(shí)現(xiàn)電磁波分裂成兩束并由兩輸出波導(dǎo)同向輸出。


圖I是本發(fā)明波導(dǎo)功分器第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明波導(dǎo)功分器第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明波導(dǎo)功分器中超材料板的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中第一、第二人造微結(jié)構(gòu)中電磁波傳播線(xiàn)路示意圖；圖5是本發(fā)明波導(dǎo)功分器中超材料板另一種人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明波導(dǎo)功分器中超材料板第三種人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I所示為本發(fā)明波導(dǎo)功分器的第一實(shí)施例，該波導(dǎo)功分器包括輸入波導(dǎo)I、超材料板2和兩輸出波導(dǎo)3、4，從輸入波導(dǎo)I射入的電磁波經(jīng)過(guò)超材料板2，超材料板2通過(guò)其上設(shè)置的對(duì)電磁波具有不同響應(yīng)的兩種人造微結(jié)構(gòu)的排布設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電磁波分裂成兩束電磁波經(jīng)輸出波導(dǎo)3、4射出。輸入波導(dǎo)I和輸出波導(dǎo)3、4 一般采用矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)，也可以是橢圓波導(dǎo)或者截面為其他形狀的波導(dǎo)，本實(shí)施例中，輸入波導(dǎo)I為圓波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)3、4采用了矩形波導(dǎo)，輸入波導(dǎo)I設(shè)置在超材料板2的一側(cè)，兩輸出波導(dǎo)3、4的處于同一平面，它們的開(kāi)口朝向與輸入波導(dǎo)I相同，設(shè)置于超材料板的另一側(cè)。圖2所示為本發(fā)明波導(dǎo)功分器的第二實(shí)施例，該實(shí)施例中波導(dǎo)功分器與第一實(shí)施例相比只在輸出波導(dǎo)設(shè)置上存在差異，在第二實(shí)施例中，輸出波導(dǎo)3、4同輸入波導(dǎo)I 一樣采用了圓波導(dǎo)方式，能夠覆蓋更寬的頻段，并且衰減減少。圖3所示為本發(fā)明波導(dǎo)功分器中超材料板的結(jié)構(gòu)示意圖，超材料板2由一個(gè)或多個(gè)厚度相同的超材料片層構(gòu)成，圖3所示超材料板2由七片超材料片層構(gòu)成。每個(gè)超材料片層包括等厚片狀的基材21,還包括附著在基材21如表面上或者嵌入在基材21內(nèi)部中間的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22，人造微結(jié)構(gòu)22包括第一人造微結(jié)構(gòu)221和第二人造微結(jié)構(gòu)222。利用一垂直于基材21的平面即分界面23將基材21分成兩部分，在第一部分上具有第一人造微結(jié)構(gòu)221，在第二部分上具有第二人造微結(jié)構(gòu)222，且第一人造微結(jié)構(gòu)221和第二人造微結(jié)構(gòu)222以該平面為分界面23對(duì)稱(chēng)分布。第一人造微結(jié)構(gòu)221有多個(gè)，且具有完全相同的幾何形狀，并相互平行地均勻分布在基材21的第一部分表面上。第二人造微結(jié)構(gòu)222也具有多個(gè)，數(shù)量與第一人造微結(jié)構(gòu)221相同，并相互平行地均勻分布在基材21的第二部分表面上，且分別與各個(gè)第一人造微結(jié)構(gòu)221 —一對(duì)應(yīng)地相對(duì)于分界面23對(duì)稱(chēng)。這里的均勻分布是指，任一人造微結(jié)構(gòu)22與其周?chē)鷰讉€(gè)人造微結(jié)構(gòu)22之間的間隔距離，和其他人造微結(jié)構(gòu)22與其周?chē)鷰讉€(gè)人造微結(jié)構(gòu)22之間的間隔距離都是相同的，換句話(huà)說(shuō)，也就是每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22所占據(jù)的基材21部分是相同的。這里的相互平行是指，每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22上任意兩點(diǎn)的連線(xiàn)，與另一人造微結(jié)構(gòu)22上相應(yīng)兩點(diǎn)的連線(xiàn)平行，或者說(shuō)，每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22通過(guò)在基材21上水平和豎直移動(dòng)可最終與任意另一人造微結(jié)構(gòu)22重合。每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22是由細(xì)而薄的金屬絲組成的，這些金屬絲在基材21前表面上 或基材21內(nèi)部組成一定的幾何形狀，與所附著占據(jù)的基材21部分一起構(gòu)成一個(gè)超材料單元24，這個(gè)超材料單元24具有一個(gè)不同于附著基材21自身的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率，可對(duì)電磁場(chǎng)產(chǎn)生不同的響應(yīng)。因此，超材料片層也可看做是由多個(gè)這樣的完全相同的超材料單元24無(wú)縫結(jié)合起來(lái)的，通過(guò)所有超材料單元24的共同響應(yīng)，使超材料板2實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的分裂。要使電磁波分裂，即使得兩束電磁波均向遠(yuǎn)離分界面23的位置平移最終分裂，如圖4所示。因此，對(duì)于分界面23任一側(cè)的超材料板都必須具備使電磁波平移的條件。出射電磁波相對(duì)于入射電磁波平移，需要具備兩個(gè)條件，其一是分界面23任一側(cè)的超材料板對(duì)電磁波呈各向異性。由于該超材料板是由規(guī)則排布的超材料片層組成的，片層的分布是均勻且平行的，而每個(gè)片層上的人造微結(jié)構(gòu)22的分布也是均勻且平行的，因此，只要每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22自身的結(jié)構(gòu)為各向異性，則該超材料板就會(huì)呈現(xiàn)各向異性的特征；若人造微結(jié)構(gòu)22為各向同性結(jié)構(gòu)，則該超材料板體現(xiàn)出各向同性的特征。對(duì)于平面結(jié)構(gòu)的人造微結(jié)構(gòu)22，這里的各向同性，是指對(duì)于在該二維平面上以任一角度入射的任一電磁波，上述人造微結(jié)構(gòu)22在該平面上的電場(chǎng)響應(yīng)和磁場(chǎng)響應(yīng)均相同，也即介電常數(shù)和磁導(dǎo)率相同；對(duì)于三維結(jié)構(gòu)的人造微結(jié)構(gòu)22，各向同性是指對(duì)于在三維空間的任一方向上入射的電磁波，每個(gè)上述人造微結(jié)構(gòu)22在三維空間上的電場(chǎng)響應(yīng)和磁場(chǎng)響應(yīng)均相同。當(dāng)人造微結(jié)構(gòu)22為90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)時(shí)，人造微結(jié)構(gòu)22即具有各向同性的特征。對(duì)于二維平面結(jié)構(gòu)，90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)是指其在該平面上繞一垂直于該平面的旋轉(zhuǎn)軸任意旋轉(zhuǎn)90度后與原結(jié)構(gòu)重合；對(duì)于三維結(jié)構(gòu)，如果具有兩兩垂直且共交點(diǎn)的3條旋轉(zhuǎn)軸，使得該結(jié)構(gòu)繞任一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90度后均與原結(jié)構(gòu)重合或者與原結(jié)構(gòu)以一分界面對(duì)稱(chēng)，則該結(jié)構(gòu)為90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。因此，要實(shí)現(xiàn)各向異性，則本發(fā)明的人造微結(jié)構(gòu)22不能為90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，即只能為非90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。電磁波平移的另一必要條件是分界面23任一側(cè)的超材料板的光學(xué)主軸必然不垂直且不平行于分界面23。本實(shí)施例中，如圖3、圖4所示，電磁波平行于基材21前表面地入射到超材料片層的一側(cè)邊緣，多個(gè)超材料片層沿垂直于超材料板前表面的方向堆疊粘合，使得多個(gè)側(cè)邊緣合并構(gòu)成入射電磁波的入射表面。
同樣，由于超材料片層均勻規(guī)則排布，每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22也均勻且平行排列，因此，要使分界面23任一側(cè)超材料板的光學(xué)主軸不垂直且不平行于分界面23，也即每個(gè)超材料單元24的折射率橢球25的非尋常光光軸ne (簡(jiǎn)稱(chēng)ne軸)不垂直且不平行于所述入射表面。由于超材料單元24的基材選用的是普通非金屬的天然材料，通常為各向同性的均質(zhì)材料，因此，其折射率特征為圓球，對(duì)超材料單元24的折射率特征沒(méi)有影響，故而只要人造微結(jié)構(gòu)22的折射率橢球25的非尋常光光軸不垂直且不平行于所述入射表面即可。當(dāng)基材不是普通的各向同性且均質(zhì)的材料，則折射率橢球均指人造微結(jié)構(gòu)22和所附著的基材部分的折射率特性二者疊加所對(duì)應(yīng)的折射率橢球，也即超材料單元24的折射率橢球25。折射率橢球用來(lái)表示折射率特性，對(duì)于任一給定的超材料單元24，可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的模擬仿真軟件和計(jì)算方法算出來(lái)，例如參考文獻(xiàn)Electromagnetic parameterretrieval from inhomogeneous metamaterials, D. R. Smith, D. C.Vier, T. Koschny,C. M. Soukoulis, Physical Review E 71，036617(2005)。對(duì)于圖3所示實(shí)施例中的超材料單元24，其折射率橢球25的尋常光光軸ne、非尋 常光光軸n。(簡(jiǎn)稱(chēng)n。軸)如圖4中所示。假定坐標(biāo)原點(diǎn)在折射率橢球25的中心上，且以n。軸為X軸，ne軸為y軸,折射率橢球25上的任意一點(diǎn)用nx,ny表示,則當(dāng)如圖4所示的電磁波經(jīng)過(guò)超材料單元24時(shí)，其用kx，ky表示的對(duì)應(yīng)于此折射率橢球25的波傳播橢球250有以下關(guān)系，即ky = nxco/c, kx = nyco/c,其中，co為電磁波的角頻率，c為光速,波傳播橢球250與折射率橢球25共中心點(diǎn)，kx，ky是波傳播橢球250上的點(diǎn)坐標(biāo)。由公式可知，波傳播橢球250與折射率橢球25為相似圖形，且其長(zhǎng)軸方向?yàn)檎凵渎蕶E球25的短軸方向，而短軸方向?yàn)檎凵渎蕶E球25的長(zhǎng)軸方向。電磁波經(jīng)過(guò)超材料單元24后的偏折方向可通過(guò)波傳播橢球250畫(huà)出來(lái)。如圖4所不，對(duì)于如圖中所不方向入射的電磁波，與要出射的傳播橢球250的面上一點(diǎn)相交,做此相交點(diǎn)關(guān)于波傳播橢球250的切線(xiàn)，自相交點(diǎn)做的切線(xiàn)的法線(xiàn)方向即為電磁波的能量傳播方向，因此電磁波在超材料板內(nèi)部沿此方向傳播。當(dāng)電磁波離開(kāi)超材料板時(shí)，所述法線(xiàn)延伸至與電磁波分裂超材料板的一表面也即出射面相交后，自出射面上的交點(diǎn)繼續(xù)沿與入射方向平行的方向出射，此出射方向?yàn)殡姶挪ㄏ辔粋鞑シ较?。由于分界?3兩側(cè)的第一人造微結(jié)構(gòu)221和第二人造微結(jié)構(gòu)222對(duì)稱(chēng)分布，因此，如圖4所示，二者的折射率橢球25的非尋常光光軸分別相對(duì)于分界面23對(duì)稱(chēng)并成一定夾角，夾角由其中任意兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的第一人造微結(jié)構(gòu)221和第二人造微結(jié)構(gòu)222 二者的非尋常光光軸分別延伸至分界面上構(gòu)成。該夾角不為零或180度，且所述夾角自?xún)煞菍こ９夤廨S相交的點(diǎn)向開(kāi)口延伸的開(kāi)口方向與入射電磁波的傳播方向一致。實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)必備條件的人造微結(jié)構(gòu)22有很多種可實(shí)現(xiàn)方式，其幾何形狀可以是軸對(duì)稱(chēng)也可以非軸對(duì)稱(chēng)。圖4、圖5示出了其中兩種軸對(duì)稱(chēng)的人造微結(jié)構(gòu)22，圖6是非軸對(duì)稱(chēng)的人造微結(jié)構(gòu)22的示意圖。如圖4所示，人造微結(jié)構(gòu)22為“工”字形。在本實(shí)施例中，“工”字形人造微結(jié)構(gòu)22由兩根相互平行且長(zhǎng)度相等的第一金屬絲260、兩端分別連接兩第一金屬絲260且垂直平分第一金屬絲260的第二金屬絲261構(gòu)成。第一人造微結(jié)構(gòu)221的第二金屬絲261相對(duì)于水平方向成135度，第二人造微結(jié)構(gòu)222的第二金屬絲261相對(duì)于水平方向成45度。每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22的折射率橢球25如圖4所示，其非尋常光光軸ne與第二金屬絲261的方向平行，整個(gè)超材料板的分界面23兩側(cè)部分的光學(xué)主軸相對(duì)分界面23對(duì)稱(chēng)并呈90度夾角。圖5示出的是另一種人造微結(jié)構(gòu)22的結(jié)構(gòu)示意圖，在該圖人造微結(jié)構(gòu)22為傾斜的“十”字形，包括垂直相交的水平金屬絲270和豎直金屬絲27 1，其中豎直金屬絲271長(zhǎng)度大于水平金屬絲270，各個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22所處的超材料單元24的折射率橢球25如圖5所示，其橢球的長(zhǎng)軸也即非尋常光光軸ne分別與分界面23成一定夾角，分界面23兩側(cè)的各非尋常光光軸也即兩部分超材料板的光學(xué)主軸的方向。圖6示出的是第三種人造微結(jié)構(gòu)22的結(jié)構(gòu)示意圖，該圖示出的是一個(gè)不規(guī)則金屬線(xiàn)所構(gòu)成的人造微結(jié)構(gòu)22，由于其細(xì)長(zhǎng)的形狀，使得具有各向異性，因此所具有的折射率特征也呈橢球形，相應(yīng)的非尋常光光軸與分界面23成一夾角，同樣夾角張開(kāi)方向與電磁波傳播方向相同，使得入射的電磁波一部分向下偏折，另一部分向上偏折，從而實(shí)現(xiàn)分裂。需說(shuō)明的是，人造微結(jié)構(gòu)22并不僅限于本發(fā)明的實(shí)施例所列舉的平面結(jié)構(gòu)，也可以是三維結(jié)構(gòu)，例如三條相互垂直、相交于一點(diǎn)但長(zhǎng)度不相等的金屬絲所構(gòu)成的空間“米”字形等，任意不具有90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)特征的形狀，均可作為本發(fā)明的人造微結(jié)構(gòu)22的形狀。 上述實(shí)施例中，對(duì)于第一人造微結(jié)構(gòu)221來(lái)說(shuō)，各個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22完全相同且平行均勻分布。但需要說(shuō)明的是，本發(fā)明波導(dǎo)功分器中的超材料板要實(shí)現(xiàn)電磁波分裂，只需要第一人造微結(jié)構(gòu)221的折射率橢球均完全相同，且各個(gè)折射率橢球的非尋常光光軸ne相互平行即可。也就是說(shuō)，各個(gè)第一人造微結(jié)構(gòu)221可以不相同，只要通過(guò)調(diào)整和設(shè)計(jì)，使得其對(duì)應(yīng)的折射率橢球相同且非尋常光光軸相互平行即可。第二人造微結(jié)構(gòu)222也是如此。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中，采用相同的人造微結(jié)構(gòu)22，有利于減少設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，且便于制造。同時(shí)，上述實(shí)施例是以分界面23為對(duì)稱(chēng)面，第一人造微結(jié)構(gòu)221和第二人造微結(jié)構(gòu)222以分界面23對(duì)稱(chēng)，因此二者的非尋常光光軸ne不為零或180度時(shí)必然位于分界面23的法線(xiàn)的同一側(cè)。但是，本發(fā)明的超材料板并不限定以分界面23為對(duì)稱(chēng)面，第一人造微結(jié)構(gòu)221的ne軸與分界面23的夾角可以不同于第二人造微結(jié)構(gòu)222的ne軸與分界面23的夾角。兩個(gè)ne軸延伸至與分界面23相交形成兩個(gè)線(xiàn)段，自它們與分界面23的交點(diǎn)做垂直于分界面23的法線(xiàn)，只要兩個(gè)線(xiàn)段均位于法線(xiàn)的同一側(cè)，即可實(shí)現(xiàn)分裂電磁波的目的。采用本發(fā)明中的超材料板，由于采用完全相同的多個(gè)超材料片層疊加而成,每個(gè)超材料片層具有相同的人造微結(jié)構(gòu)22，因此加工和設(shè)計(jì)上非常簡(jiǎn)便，且通過(guò)疊加足夠多的片層可制得足夠大的尺寸，以滿(mǎn)足各種極端應(yīng)用條件的需求。每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)22設(shè)計(jì)成各向異性且其折射率橢球25的非尋常光光軸ne方向與分界面23不垂直且不平行即可。還需說(shuō)明的是，由以上實(shí)施例可知，電磁波傳播方向與分界面23兩側(cè)的非尋常光光軸I所形成的夾角的張開(kāi)方向相同時(shí)，電磁波將實(shí)現(xiàn)分裂；顯然的，若分界面23兩側(cè)的非尋常光光軸I所形成的夾角其張開(kāi)方向與電磁波傳播方向相反時(shí),兩側(cè)的電磁波將分別偏向分界面23，甚至在出射時(shí)實(shí)現(xiàn)匯聚成一束電磁波。因此，只需改變電磁波的傳播方向，即可實(shí)現(xiàn)兩束電磁波的合并，這種情況也應(yīng)在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種波導(dǎo)功分器,其特征在于,包括 一輸入波導(dǎo)； 兩輸出波導(dǎo)，處于同一平面且與所述輸入波導(dǎo)的開(kāi)口朝向相同；以及， 位于所述輸入波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)之間的由至少一個(gè)超材料片層構(gòu)成的超材料板，所述超材料片層包括片狀的非金屬的基材及附著在所述基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)包括處于一垂直于所述片狀基材的平面即分界面兩側(cè)的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)有多個(gè)，且其各自具有相同的折射率橢球，同時(shí)其各自的折射率橢球的非尋常光光軸相互平行；每個(gè)所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)均為非90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，二者的折射率橢球的非尋常光光軸的夾角不為零或180度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述輸入波導(dǎo)為圓波導(dǎo)、方波導(dǎo)或橢圓波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述輸出波導(dǎo)為圓波導(dǎo)、方波導(dǎo)或橢圓波導(dǎo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的超材料波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)具有其各自相同的幾何形狀且相互平行地均勻排布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)以所述分界面為對(duì)稱(chēng)面對(duì)稱(chēng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述夾角的開(kāi)口方向與入射電磁波的傳播方向一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述超材料板包括多個(gè)超材料片層，所述多個(gè)超材料片層沿垂直于所述超材料片層表面的方向堆疊為一體結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱(chēng)軸不垂直且不平行于所述分界面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為“工”字形、“十”字形或者橢圓形。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為任意非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明波導(dǎo)功分器包括一輸入波導(dǎo)、兩輸出波導(dǎo)和位于輸入波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)之間的由至少一個(gè)超材料片層構(gòu)成的超材料板。每個(gè)超材料片層包括片狀的非金屬的基材、附著在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)；人造微結(jié)構(gòu)包括處于一垂直于片狀基材平面即分界面兩側(cè)的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)；第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)有多個(gè)，具有相同的且非尋常光光軸相互平行的折射率橢球；每個(gè)第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)均為非90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，二者的折射率橢球的非尋常光光軸的夾角不為零或180度，且位于分界面法線(xiàn)的同一側(cè)。本發(fā)明波導(dǎo)功分器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，進(jìn)入輸入波導(dǎo)的電磁波只需通過(guò)超材料板即實(shí)現(xiàn)電磁波分裂成兩束并由兩輸出波導(dǎo)同向輸出。
文檔編號(hào)H01P5/12GK102800912SQ20111017868
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司