[發(fā)明專利]一種介電梯度陶瓷基光子晶體

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210054971.5
• 申請(qǐng)日: 2012-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN102560679A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁慶宣;李滌塵;楊改
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/68
• 分類號(hào): C30B29/68
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 王艾華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種介電梯度陶瓷基光子晶體。具體是指通過控制不同固相含量的同種陶瓷材料相互耦合而使其介電常數(shù)呈梯度分布的光子晶體。

背景技術(shù)

光子晶體是指具有光子帶隙特性的人工周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。所謂的光子帶隙是指某一頻率范圍的波不能在此周期性結(jié)構(gòu)中傳播，即這種結(jié)構(gòu)本身存在“禁帶”。這一概念最初在光學(xué)領(lǐng)域提出的，現(xiàn)在它的研究范圍已擴(kuò)展到微波與聲波波段。由于這種結(jié)構(gòu)的周期尺寸與“禁帶”的中心頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)可比擬，所以這種結(jié)構(gòu)在微波波段比在光波波段更容易實(shí)現(xiàn)。光子晶體的引入為微波領(lǐng)域提供了新的研究方向。光子晶體完全依靠自身結(jié)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)帶阻濾波，且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在微波電路、微波天線等方面均具有廣闊的應(yīng)用前景，所以從事光子晶體的研究具有重要的意義。

光子帶隙的寬度和位置主要與晶格結(jié)構(gòu)、兩種介質(zhì)的介電常數(shù)之差、介質(zhì)的填充率有關(guān)。另外，介質(zhì)的連通性、介質(zhì)的形狀也對(duì)禁帶的出現(xiàn)有一定的影響。三維光子晶體的制備具有相當(dāng)大的難度，尤其是三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷基光子晶體的制備更是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。Hiromi?Mori等的文章“三維陶瓷光子晶體的制備及其電磁性質(zhì)”(Joural?of?the?European?Ceramics?Society，26期，2006年，2195-2198頁)成功了制備了純二氧化鈦陶瓷三維金剛石結(jié)構(gòu)光子晶體；Kirihara等的文章“通過改變電磁晶體的周期控制電磁波的傳輸”(Solid?State?Communications，124期，2002年，135-139頁)研究了將金剛石結(jié)構(gòu)周期拉伸對(duì)光子晶體帶隙的影響，實(shí)質(zhì)是通過改變光子晶體結(jié)構(gòu)的填充率來控制電磁帶隙，拉伸后得到了更寬帶隙的光子晶體。Xian-Zi?Dong等的文章“梯度準(zhǔn)金剛石結(jié)構(gòu)光子晶體的帶隙”(Applied?Physics?Letters，92期，231103-1--231103-3，2008年)成功運(yùn)用多光束光聚納米制備技術(shù)制備了三維準(zhǔn)金剛石結(jié)構(gòu)光子晶體，實(shí)現(xiàn)了使用低介電材料達(dá)到拓寬帶隙的作用。Kirihara和Xian-Zi?Dong的研究本質(zhì)上都是利用結(jié)構(gòu)變化來改變介電常數(shù)的分布，從而加強(qiáng)了布拉格散射，達(dá)到增強(qiáng)帶隙的目的。然而在同一光子晶體內(nèi)部通過控制多種固相含量的同種陶瓷耦合來改變光子晶體內(nèi)部的介電分布，制備超寬帶隙三維光子晶體的研究還未見有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種介電梯度陶瓷基光子晶體。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

周期性地層疊了由不同固相含量的同種陶瓷形成介電梯度分布的多個(gè)層，具體包括順序逐層疊加和周期性交叉兩種形式：

順序逐層疊加的介電梯度光子晶體是指：在具有周期性結(jié)構(gòu)的第一層、第二層、第三層……第n層分別填充不同介電常數(shù)的同種陶瓷材料，其中介電常數(shù)是依次增加或依次減?。?/p>

周期性交叉的介電梯度光子晶體是指：在具有周期性結(jié)構(gòu)的第一層填充第一種介電常數(shù)的陶瓷材料，第二層填充第二種介電常數(shù)的同種陶瓷材料，然后在第三層再填充第一種介電常數(shù)的陶瓷材料，第四層填充第二種介電常數(shù)的陶瓷材料。

晶體結(jié)構(gòu)包括一維、二維、三維結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的介電梯度陶瓷基光子晶體周期性的包含了兩種或兩種以上介電常數(shù)的陶瓷材料。陶瓷的介電常數(shù)與其固相含量成正比，固相含量越大，其介電常數(shù)越大。本發(fā)明通過控制不同固相含量的同種陶瓷耦合使其介電常數(shù)的梯度分別。具體是指：將不同固相含量的同種陶瓷的漿料(對(duì)應(yīng)介電常數(shù)不同)依次分層填充在設(shè)計(jì)好的光子晶體結(jié)構(gòu)中，形成通過控制陶瓷漿料固相含量實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)梯度分布的光子晶體，所制備的光子晶體包括順序逐層疊加和周期性交叉兩種形式。

與傳統(tǒng)的陶瓷基光子晶體相比，本發(fā)明中的介電梯度光子晶體通過控制同種陶瓷漿料的固相含量形成介電梯度分布的光子晶體，增強(qiáng)了介電常數(shù)變化，加強(qiáng)了布拉格散射，得到比均勻固相含量陶瓷基光子晶體更寬的帶隙，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)帶隙寬度和中心頻率位置的可控性。

通過下面附圖和具體實(shí)施方式的描述，將更清晰的展示本發(fā)明的特征。

附圖說明

圖1是三維結(jié)構(gòu)順序逐層疊加介電梯度光子晶體示意圖

圖2是三維結(jié)構(gòu)周期性交叉介電梯度光子晶體示意圖

圖3是二維柱狀順序逐層疊加介電梯度光子晶體示意圖

具體實(shí)施方式