[发明专利]接近零频率及虚频率的共振腔及相关器件

权利要求书

1.一种接近零频率及虚频率的共振腔，其特征在于，在共振腔两侧由两个反射系数相同的部分反射镜构成法布里珀罗腔，共振腔内部具有一个抽象的等效界面，等效界面和两侧部分反射镜的距离相等；所述等效界面在接近零频率时具有纯虚数的反射系数并且该反射系数正比于频率f，用于接近0频率时和两侧反射镜构成的法布里珀罗腔相干相消；

所述等效界面的反射系数表示为r＝iαω,其中，ω＝2πf为角频率，α为和频率无关的参量，则所述等效界面的传输矩阵表示为：

通过该传输矩阵，根据等效界面的反射系数以及共振腔两侧的反射系数，计算出该共振腔的透射率及反射率，获得等效界面的几何或/和材料参数满足接近零频率或虚频率时候共振条件，从而通过调节等效界面的几何或/和材料参数来实现接近零频率或虚频率的共振。

2.根据权利要求1所述的接近零频率及虚频率的共振腔，其特征在于，所述等效界面为侧耦合型或嵌入式共振腔，该物理结构具有几何结构参量或物质材料属性参量，通过改变这些参量，可以调节其谐振或波散射性质。

3.根据权利要求2所述的接近零频率及虚频率的共振腔，其特征在于，所述等效界面为侧耦合共振腔时，该侧耦合共振腔为矩形和椭圆形；所述等效界面为嵌入式共振腔时，该嵌入式共振腔为多层介质堆叠，或具有不同半径或高度的矩形或圆柱波导。

4.根据权利要求3所述的接近零频率及虚频率的共振腔，其特征在于，所述两侧的两个部分反射镜由不同方式构成，包括通过不同材料的界面反射、通过不同空间结构的界面反射，两侧的部分反射镜构成的法布里珀罗腔是广义的，包括光子晶体缺陷态和超材料超表面形成的法布里珀罗腔，并且该法布里珀罗腔适用于一维、二维或三维。

5.根据权利要求4所述的接近零频率及虚频率的共振腔，其特征在于，其工作波是横波或纵波，形式电磁波、声波或机械波；所述电磁波包括各个频段：长波段、微波/射频段、太赫兹、红外、可见光、紫外、X和伽马波段。

6.根据权利要求5所述的接近零频率及虚频率的共振腔，其特征在于，所述等效界面为侧耦合性共振腔，由底部的波导和中间的侧耦合共振柱组成，底部波导中是一个法布里珀罗腔，该法布里珀罗腔可由不同材料组成，对于电磁波的情况，所有材料的磁导率均等于1，设两侧材料介电常数为ε_a，长度为d_a，中间材料介电常数为ε_b，长度为d_b；侧耦合共振腔的介电常数为ε_s，并且令ε_s＝ε_b，高度为l_s，底部波导的高度和侧耦合共振柱的宽度均为W，该法布里珀罗腔和侧耦合共振腔的外部覆盖为完美反射层，以约束波；

设计算工作波为为横磁波，通过传输矩阵，得到侧耦合型模型的共振频率和侧耦合共振柱高度l_s的关系为：

其中，c为真空光速，通过该式，得到接近零频率共振时的侧耦合共振柱的高度为l_c＝d_b(ε_b-ε_a)/ε_a，当柱高大于该高度时，共振频率会移动到虚频率。

7.根据权利要求6所述的接近零频率及虚频率的共振腔，其特征在于，所述等效界面为嵌入式共振腔，即在一个法布里珀罗腔内插入一层与法布里珀罗腔内部介质不同的介质，该介质与周围介质形成一个嵌入式共振腔，该结构分为层A、层B和层C，长度分别为d_a，d_b和d_c，介电常数分别为ε_a、ε_b和ε_c；设工作波为低频范围，通过传输矩阵，得共振频率和层C长度的关系为：

于是，得到接近零频共振时层C的长度为当层C长度大于该长度时，共振频率会移动到虚频率。

8.一种深亚波长宽频透射体，其特征在于，该宽频透射体使用权利要求1-7之一所述的接近零频率及虚频率的共振腔。