[發明專利]使用負折射率材料的用于電磁諧振的方法和設備

無效

• 申請號: 200680034490.0
• 申請日: 2006-07-21
• 公開（公告）號: CN101268593A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: A·M·布拉特科夫斯基;R·G·博索萊爾;S·－Y·王
• 申請（專利權）人: 惠普開發有限公司
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;G02B6/122
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王慶海;劉春元

技術領域

本發明一般涉及調節電磁輻射束，更加具體地，涉及用于具有負折射率的裝置和使用負折射產生電磁諧振的結構。

背景技術

光子晶體是一種人造材料，通常將其稱為“超材料(metamaterial)”。通過將具有一種介電常數的材料周期性地分散在具有不同介電常數的基體中形成光子晶體。一維光子晶體是僅在一維中存在介電常數周期性的三維結構。布拉格鏡是一維光子晶體的一個示例。交替的薄層具有不同的介電常數和折射率。幾層薄層的組合形成僅在與薄層平面正交的方向上存在介電常數的周期性的三維結構。在薄層平面內包含的兩維中不存在周期性。

通過將具有一種介電常數的材料的圓棒或圓柱周期性地分散在具有不同介電常數的基體中可以形成二維(2D)光子晶體。2D光子晶體在二維中存在周期性(例如垂直圓棒或圓柱長度的方向)，但是在平行圓柱長度的方向上不存在周期性。

最后，通過將具有第一介電常數的第一材料的小球或其它球形局限區域周期地分散在具有第二不同介電常數的第二材料的基體中可以形成三維光子晶體。三維光子晶體在晶體內的全部三維內存在介電常數的周期性。

在存在介電常數周期性的方向上，光子晶體可能存在一定頻率范圍內的光子能帶隙。換句話說，在存在介電常數周期性的方向上，可能存在不能透射過光子晶體的電磁輻射的頻率范圍。不能透射的這種頻率范圍被認為是該光子晶體的光子能帶隙。

對于光子晶體的介紹及其用途和應用，讀者可以參考John?D.Joannopoulos、Robert?D.Meade和Joshua?N.Winn的《PhotonicCrystals-Molding?the?Flow?of?Light》(普林斯頓大學出版社，1995年)及K.Inoue和K.Ithaca的《Photonic?Crystals-Physics，Fabrication?andApplications》(Springer，2004年)。

在天然材料中，當電磁輻射進入到兩種材料之間的交界處時，其被以特定角度和特定方向折射。已經研究出一種超材料，其在與天然材料的方向相反的方向上折射電磁輻射。由于其能夠在負方向上折射并且作為結果能夠再聚焦電磁輻射而不是使電磁輻射被分散的能力，呈現出負折射的這些材料通常被稱為超棱鏡。近年來，已經表明光子晶體可能呈現出這種負折射。對于這些超棱鏡結構，特別是呈現出負折射的光子晶體，可能存在多種新的且有用的應用。

發明內容

具有大量實施例的本發明包括用電磁輻射束產生諧振的方法和呈現出負超棱鏡性能的光子晶體，其中光子晶體的負折射性能可以用于產生諧振結構。

本發明的實施例包括電磁諧振裝置，其包括輸入反射器、輸出反射器，以及設置在輸入反射器和輸出反射器之間的周期性電介質。輸入反射器設置成顯著反射具有所關心波長的第一輻射。將輸出反射器放置在基本與輸入反射器平行的平面內，并將其設置成顯著反射具有所關心波長的第二輻射。將周期性電介質放置在輸入反射器和輸出反射器之間，并且其包括第一表面和第二表面，每個表面均在與輸入反射器基本平行的平面內。另外，周期性電介質包括具有在第一表面和第二表面之間的介電周期性的周期性結構。將該周期性結構設置成具有對于所關心波長的電磁輻射的負折射。周期性電介質的負折射將到達第一表面的第一輻射聚焦作為第二輻射在第二焦點位置。相似地，周期性電介質的負折射將到達第二表面的第二輻射聚焦作為第一輻射在第一焦點位置。

本發明的另一個實施例包括增強電磁輻射束的方法。該方法包括提供一種在所關心波長處具有負折射率的周期性電介質。該方法還包括將第一輻射向周期性電介質的第一表面反射而將第二輻射向周期性電介質的第二表面反射。該方法還包括通過從第一表面穿過周期性電介質達到第二表面的第一輻射將第二輻射聚焦在第二焦點位置。相似地，該方法還包括通過從第二表面穿過周期性電介質達到第一表面的第二輻射將第一輻射聚焦在第一焦點位置。

附圖說明

雖然說明書及權利要求特別指出和明確要求了本發明的內容，但是從下面的描述并結合附圖，可以更加容易地確定本發明的優點，在附圖中：

圖1A是描述在兩種各向同性材料之間的界面處波傳播方向的波矢量圖；

圖1B是描述在各向同性材料和具有負折射率的材料之間的界面處波傳播方向的波矢量圖；

圖2示出穿過具有負折射率的材料的電磁輻射的聚焦性能；

圖3A示出包括設置成具有三角點陣的2D光子晶體的典型周期性電介質的頂視圖；

圖3B示出包括設置成具有正方點陣的2D光子晶體的典型周期性電介質的頂視圖；