专利名称：单负介质材料谐振腔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单模谐振腔，更进一步而言，涉及一种利用单负介质材料制作的单模谐振腔。
背景技术：
介质有两个基本物理参数，即介电常数ε和磁导率μ，其中ε反映介质对电场的响应性质，μ反映介质对磁场的响应性质。对一般的物质而言，这两个参数都是正的。1968年，前苏联科学家Veselago首次讨论了ε和μ取负值的介质对电磁场的响应性质(参见SovietPhys.Uspekhi，vol.10，no.4，pp.509-514，1968)。在此之后，相应的理论体系不断发展完善，关于这类介质的制作也进行了深入的探讨(参见VOLUME 76，NUMBER 25 PRL)。人们把两个参数全为负值的介质称为双负(Double-Negative)介质，其中一个参数(ε或μ)为负值的介质称为单负(Single-Negative)介质。近期，人们发现使用一种双负介质和一种正常介质制作的谐振腔可以克服半波极限，所谓半波极限就是指谐振腔的长度最小为谐振波基态波长的1/2。因为半波极限的存在，对于制作小型谐振腔是难以克服的障碍。因此，利用双负介质制作谐振腔(参见IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATIONLETTERS，VOL.1，2002)成为令人瞩目的技术成果。但是这种谐振腔是多模的，也就是说有多波长的谐振态存在，并未解决激光领域追求单模谐振腔的问题，因为单模谐振腔可以提供更高纯度的激光和更好效率的能量转换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服半波极限并且谐振模式单一的谐振腔。
本发明提出的单模谐振腔，是将两种单负介质相接合，一种介质的介电常数ε为负值而磁导率μ为正，另一种介质磁导率μ为负值而介电常数ε为正。
谐振腔的结构示意图如图1所示，ε为负值的单负介质板11和μ为负值的单负介质板12彼此贴紧，外侧有全反射镜13和14，介质板11的长度为d1，介质板12的长度为d2，谐振波将沿Z轴方向震荡。在该结构中，根据电磁场理论，满足一下公式
tanh(k1d1)tanh(k2d2)=-ϵ1/μ1-ϵ2/μ2--(1)]]>ε1，μ1为介质板11的的介电常数和磁导率，ε2，μ2为介质板12的介电常数和磁导率，k1和k2为和谐振波长有关的物理量，谐振波长为λ0，则k1=k2=2πλ0.]]>由关系式(1)我们可以得知对于λ0只有一个解，因为tanh是单调递增的，因此只能有一个交点，所以我们可以得出结论这种谐振腔是单模的。更进一步，我们还可以知道，λ0仅和d2/d1有关，而和d1或d2的绝对长度无关，这意味着对于特定的λ0，只需确定的d2/d1，而无需满足d1+d2必须大于等于λ0/2，也就是说突破了半波极限。
上述解释还可以进行深入，以便能够定量理解，从关系式(1)可知，当d2/d1的值趋近于|μ1/μ2|时，关系式的解λ0趋近于无穷大，参见图2，横坐标为d2/d1，纵坐标为λ0/2πd1，当d2/d1趋近于|μ1/μ2|时，λ0/2πd1即λ0趋近于无穷大。图2反映了λ0，d1和d2之间的关系。设计具体器件时可以根据这个关系图，找到一个比较理想的d2/d1值，从而确定λ0/2πd1的值。再根据所需要的工作波长λ0，确定d1的值；再根据d2/d1的值确定d2的值，从而得到一个单模的突破半波极限的谐振腔。
根据实际情况2块介质板的参数一般可取如下数值范围-10≤ε1≤-0.1，0.1≤μ1≤10；0.1≤ε2≤10，-10≤μ2≤-0.1。
图1谐振腔结构示意图；图2λ0，d1和d2之间的关系示意图；图3实施例λ0，d1和d2之间的关系图。
图中标号11为单负介质板，12为另一块单负介质板，13为全反射镜，14为另一块全反射镜。
具体实施例方式
为更好的理解本发明，现结合实施例和附图进行更为具体的说明。
在本较佳实施例中，采取图1所示的结构，单负介质参数为ε1＝-3，μ1＝2，ε2＝1，μ2＝-5；因此由图2得到图3，d2/d1的取值范围在0到0.4之间，我们选取d2/d1＝0.35这个值确定结构长度参数d1和d2，由于d2/d1＝0.35相应的λ0/2πd1值，可知d1＝0.06λ0，d2＝0.016λ0，因此根据具体应用的工作波长λ0，我们可以确定d1和d2的值，显而易见，这种谐振腔的长度是明显小于λ0/2的长度，且是单模的。
权利要求
1.一种单模谐振腔，其特征在于，由两种单负介质板拼合组成，单负介质板(11)的介电常数为负值而磁导率为正值，单负介质板(12)的磁导率为负值而介电常数为正值，外侧有全反射镜(13)和全发射镜(14)。
2.根据权利要求1所述的单模谐振腔，其特征在于，-10≤ε1≤-0.1，0.1≤μ1≤10；0.1≤ε2≤10，-10≤μ2≤-0.1，ε1、μ1分别为单负介质板(11)的介电常数和磁导率，ε2、μ2分别为单负介质板(12)的介电常数和磁导率。
3.根据权利要求2所述的单模谐振腔，其特征在于，所述单负介质板(11)的ε1＝-3，μ1＝2，所述单负介质板(12)的ε2＝1，μ2＝-5。
4.根据权利要求3所述的单模谐振腔，其特征在于，d2/d1＝0.35，d1＝0.06λ0，d2＝0.016λ0，其中λ0为谐振腔工作波长，d1、d2分别介质板(11)和介质板(12)的长度。
全文摘要
本发明为一种能够克服半波极限并且谐振模式单一的谐振腔。具体由两种单负介质板拼合组成，一种介质ε为负值μ为正，另一种介质μ为负值ε为正，外侧有全反射镜，两块介质板的长度分别为d
文档编号H01S3/08GK1558478SQ200410016098
公开日2004年12月29日 申请日期2004年2月3日 优先权日2004年2月3日
发明者沈义峰, 资剑, 刘晓晗, 傅荣堂, 许春, 汤云飞, 李乙洲 申请人:复旦大学