專利名稱：單負(fù)介質(zhì)材料諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單模諧振腔，更進(jìn)一步而言，涉及一種利用單負(fù)介質(zhì)材料制作的單模諧振腔。
背景技術(shù)：
介質(zhì)有兩個基本物理參數(shù)，即介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ，其中ε反映介質(zhì)對電場的響應(yīng)性質(zhì)，μ反映介質(zhì)對磁場的響應(yīng)性質(zhì)。對一般的物質(zhì)而言，這兩個參數(shù)都是正的。1968年，前蘇聯(lián)科學(xué)家Veselago首次討論了ε和μ取負(fù)值的介質(zhì)對電磁場的響應(yīng)性質(zhì)(參見SovietPhys.Uspekhi，vol.10，no.4，pp.509-514，1968)。在此之后，相應(yīng)的理論體系不斷發(fā)展完善，關(guān)于這類介質(zhì)的制作也進(jìn)行了深入的探討(參見VOLUME 76，NUMBER 25 PRL)。人們把兩個參數(shù)全為負(fù)值的介質(zhì)稱為雙負(fù)(Double-Negative)介質(zhì)，其中一個參數(shù)(ε或μ)為負(fù)值的介質(zhì)稱為單負(fù)(Single-Negative)介質(zhì)。近期，人們發(fā)現(xiàn)使用一種雙負(fù)介質(zhì)和一種正常介質(zhì)制作的諧振腔可以克服半波極限，所謂半波極限就是指諧振腔的長度最小為諧振波基態(tài)波長的1/2。因?yàn)榘氩O限的存在，對于制作小型諧振腔是難以克服的障礙。因此，利用雙負(fù)介質(zhì)制作諧振腔(參見IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATIONLETTERS，VOL.1，2002)成為令人矚目的技術(shù)成果。但是這種諧振腔是多模的，也就是說有多波長的諧振態(tài)存在，并未解決激光領(lǐng)域追求單模諧振腔的問題，因?yàn)閱文ＶC振腔可以提供更高純度的激光和更好效率的能量轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服半波極限并且諧振模式單一的諧振腔。
本發(fā)明提出的單模諧振腔，是將兩種單負(fù)介質(zhì)相接合，一種介質(zhì)的介電常數(shù)ε為負(fù)值而磁導(dǎo)率μ為正，另一種介質(zhì)磁導(dǎo)率μ為負(fù)值而介電常數(shù)ε為正。
諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，ε為負(fù)值的單負(fù)介質(zhì)板11和μ為負(fù)值的單負(fù)介質(zhì)板12彼此貼緊，外側(cè)有全反射鏡13和14，介質(zhì)板11的長度為d1，介質(zhì)板12的長度為d2，諧振波將沿Z軸方向震蕩。在該結(jié)構(gòu)中，根據(jù)電磁場理論，滿足一下公式
tanh(k1d1)tanh(k2d2)=-ϵ1/μ1-ϵ2/μ2--(1)]]>ε1，μ1為介質(zhì)板11的的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，ε2，μ2為介質(zhì)板12的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，k1和k2為和諧振波長有關(guān)的物理量，諧振波長為λ0，則k1=k2=2πλ0.]]>由關(guān)系式(1)我們可以得知對于λ0只有一個解，因?yàn)閠anh是單調(diào)遞增的，因此只能有一個交點(diǎn)，所以我們可以得出結(jié)論這種諧振腔是單模的。更進(jìn)一步，我們還可以知道，λ0僅和d2/d1有關(guān)，而和d1或d2的絕對長度無關(guān)，這意味著對于特定的λ0，只需確定的d2/d1，而無需滿足d1+d2必須大于等于λ0/2，也就是說突破了半波極限。
上述解釋還可以進(jìn)行深入，以便能夠定量理解，從關(guān)系式(1)可知，當(dāng)d2/d1的值趨近于|μ1/μ2|時，關(guān)系式的解λ0趨近于無窮大，參見圖2，橫坐標(biāo)為d2/d1，縱坐標(biāo)為λ0/2πd1，當(dāng)d2/d1趨近于|μ1/μ2|時，λ0/2πd1即λ0趨近于無窮大。圖2反映了λ0，d1和d2之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)具體器件時可以根據(jù)這個關(guān)系圖，找到一個比較理想的d2/d1值，從而確定λ0/2πd1的值。再根據(jù)所需要的工作波長λ0，確定d1的值；再根據(jù)d2/d1的值確定d2的值，從而得到一個單模的突破半波極限的諧振腔。
根據(jù)實(shí)際情況2塊介質(zhì)板的參數(shù)一般可取如下數(shù)值范圍-10≤ε1≤-0.1，0.1≤μ1≤10；0.1≤ε2≤10，-10≤μ2≤-0.1。


圖1諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖2λ0，d1和d2之間的關(guān)系示意圖；圖3實(shí)施例λ0，d1和d2之間的關(guān)系圖。
圖中標(biāo)號11為單負(fù)介質(zhì)板，12為另一塊單負(fù)介質(zhì)板，13為全反射鏡，14為另一塊全反射鏡。
具體實(shí)施例方式
為更好的理解本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例和附圖進(jìn)行更為具體的說明。
在本較佳實(shí)施例中，采取圖1所示的結(jié)構(gòu)，單負(fù)介質(zhì)參數(shù)為ε1＝-3，μ1＝2，ε2＝1，μ2＝-5；因此由圖2得到圖3，d2/d1的取值范圍在0到0.4之間，我們選取d2/d1＝0.35這個值確定結(jié)構(gòu)長度參數(shù)d1和d2，由于d2/d1＝0.35相應(yīng)的λ0/2πd1值，可知d1＝0.06λ0，d2＝0.016λ0，因此根據(jù)具體應(yīng)用的工作波長λ0，我們可以確定d1和d2的值，顯而易見，這種諧振腔的長度是明顯小于λ0/2的長度，且是單模的。
權(quán)利要求
1.一種單模諧振腔，其特征在于，由兩種單負(fù)介質(zhì)板拼合組成，單負(fù)介質(zhì)板(11)的介電常數(shù)為負(fù)值而磁導(dǎo)率為正值，單負(fù)介質(zhì)板(12)的磁導(dǎo)率為負(fù)值而介電常數(shù)為正值，外側(cè)有全反射鏡(13)和全發(fā)射鏡(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模諧振腔，其特征在于，-10≤ε1≤-0.1，0.1≤μ1≤10；0.1≤ε2≤10，-10≤μ2≤-0.1，ε1、μ1分別為單負(fù)介質(zhì)板(11)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，ε2、μ2分別為單負(fù)介質(zhì)板(12)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單模諧振腔，其特征在于，所述單負(fù)介質(zhì)板(11)的ε1＝-3，μ1＝2，所述單負(fù)介質(zhì)板(12)的ε2＝1，μ2＝-5。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單模諧振腔，其特征在于，d2/d1＝0.35，d1＝0.06λ0，d2＝0.016λ0，其中λ0為諧振腔工作波長，d1、d2分別介質(zhì)板(11)和介質(zhì)板(12)的長度。
全文摘要
本發(fā)明為一種能夠克服半波極限并且諧振模式單一的諧振腔。具體由兩種單負(fù)介質(zhì)板拼合組成，一種介質(zhì)ε為負(fù)值μ為正，另一種介質(zhì)μ為負(fù)值ε為正，外側(cè)有全反射鏡，兩塊介質(zhì)板的長度分別為d
文檔編號H01S3/08GK1558478SQ200410016098
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者沈義峰, 資劍, 劉曉晗, 傅榮堂, 許春, 湯云飛, 李乙洲 申請人:復(fù)旦大學(xué)