[發(fā)明專利]產(chǎn)生雙層等離子體光子晶體的裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310031529.5
• 申請(qǐng)日: 2013-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN103064133A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董麗芳;申中凱;李犇;張新普
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B1/00
• 分類號(hào): G02B1/00;H05H1/24
• 代理公司: 石家莊國(guó)域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種等離子體應(yīng)用技術(shù)和光學(xué)技術(shù)，具體地說是一種產(chǎn)生雙層等離子體光子晶體的裝置和方法。

背景技術(shù)

光子晶體又稱光子禁帶材料，是將兩種不同介電常數(shù)的介質(zhì)材料在空間按一定周期（尺寸在光波長(zhǎng)量級(jí)）排列所形成的一種人造“晶體”結(jié)構(gòu)。光子晶體的介電常數(shù)是空間的周期函數(shù)，若介電系數(shù)對(duì)光子的周期性調(diào)制足夠強(qiáng)，在光子晶體中傳播的光子能量也會(huì)有能帶結(jié)構(gòu)，帶與帶之間會(huì)出現(xiàn)光子“禁帶”，頻率落在禁帶中的光子不能在晶體中傳播。光子禁帶的位置和形狀取決于光子晶體中介質(zhì)材料的折射率配比以及不同介電系數(shù)材料的空間比和“晶格”結(jié)構(gòu)等。目前常規(guī)的光子晶體，一旦制作完成后，其光子禁帶位置也就確定，即可選擇的光波段已經(jīng)確定，如果想改變禁帶位置，需要重新制作晶體，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的可調(diào)性控制。

作為一種新型的光子晶體，等離子體光子晶體是由等離子體同介電材料交錯(cuò)排列形成的周期性結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的光子晶體，等離子體光子晶體的最大特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)具有時(shí)空可調(diào)性，進(jìn)而使其相應(yīng)的光子帶隙(Band?gap)可調(diào)。人們可以通過調(diào)節(jié)等離子體光子晶體的晶格常數(shù)、介電常數(shù)、晶格對(duì)稱性及時(shí)間周期等，改變其能帶位置和寬度，進(jìn)而使頻率落入該帶隙的光禁止傳播，實(shí)現(xiàn)對(duì)光頻率的選擇和光傳播的控制。基于以上特性，近年來等離子體光子晶體在濾波器、等離子體天線、光開關(guān)以及等離子體隱身等眾多電磁波控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，受到人們的廣泛關(guān)注。

在先專利ZL200610102333.0及ZL201010523218.7通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)條件實(shí)現(xiàn)了具有三種和四種折射率的等離子體光子晶體，但是它們都只能是產(chǎn)生單層等離子體光子晶體的裝置，而單層等離子體光子晶體對(duì)光的調(diào)制在波段范圍上仍然有很大的限制，而且由于調(diào)制方式單一，因而在應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景方面也就受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一就是提供一種產(chǎn)生雙層等離子體光子晶體的裝置，以克服單層等離子體光子晶體存在的技術(shù)缺陷，實(shí)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)晶格對(duì)稱性來調(diào)節(jié)光的傳輸。

本發(fā)明的目的之二就是提供一種產(chǎn)生雙層等離子體光子晶體的方法，以產(chǎn)生具有四邊形和六邊形兩種對(duì)稱性的雙層等離子體光子晶體。

本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種產(chǎn)生雙層等離子體光子晶體的裝置，包括：真空反應(yīng)室，設(shè)置在所述真空反應(yīng)室內(nèi)的兩個(gè)極板相對(duì)的水電極，以及與所述水電極電連接的等離子體發(fā)生電源，在兩個(gè)所述水電極之間設(shè)置有作為放電氣隙邊界的兩個(gè)厚度不同的邊框，在兩個(gè)所述邊框之間設(shè)置有介質(zhì)板；所述邊框和所述介質(zhì)板分別與兩個(gè)所述水電極的軸心線相垂直。

兩個(gè)所述邊框?yàn)楹穸仍?.1~20mm之間的正方形玻璃框，所述介質(zhì)板為厚度在0.1~5mm之間的石英介質(zhì)板。

兩個(gè)所述邊框的厚度分別為2.4mm和1.2mm，所述石英介質(zhì)板的厚度為1mm。

在所述真空反應(yīng)室內(nèi)注有放電氣體，所述放電氣體為氣壓可調(diào)的空氣，或者是空氣與氬氣按任意比例組成的混合氣體。

所述真空反應(yīng)室內(nèi)的放電氣體的氣壓為0.2~0.5Pa。

本發(fā)明通過在兩水電極之間設(shè)置有兩個(gè)厚度不同的邊框作為放電氣隙的邊界，并用介質(zhì)板將放電氣隙分為兩層，兩層放電氣隙均產(chǎn)生放電絲，這些放電絲有序的排列形成雙層等離子體光子晶體。由于不同厚度的放電氣隙中產(chǎn)生的光子晶體的晶格常數(shù)不同，再通過介質(zhì)板兩側(cè)壁電荷的耦合作用，使兩種不同晶格常數(shù)的等離子體光子晶體產(chǎn)生對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而形成固定晶格常數(shù)比例的雙層等離子體光子晶體。

在所產(chǎn)生的雙層等離子體光子晶體中，由于等離子體柱和未放電區(qū)域?qū)獾恼凵渎什煌蚨鴮?shí)現(xiàn)了兩種不同折射率的周期性排列。由于等離子體通道內(nèi)的電子密度均在10¹⁵?cm^?3量級(jí)，理論研究表明，如此高的電子密度能夠使等離子體光子晶體出現(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)。落入禁帶內(nèi)的某些頻率的光將不能透射，從而起到光調(diào)制的作用。在雙層等離子體光子晶體中，兩層光子晶體可以分別調(diào)制光束，也可以共同調(diào)制一條斜入射穿過兩層光子晶體的光束。

本發(fā)明的目的之二是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種產(chǎn)生雙層等離子體光子晶體的方法，包括以下步驟：

a、設(shè)置一個(gè)真空反應(yīng)室，并在所述真空反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置兩個(gè)極板相對(duì)的水電極，將所述水電極與等離子體發(fā)生電源電連接；

b、在兩個(gè)所述水電極之間設(shè)置作為放電氣隙邊界的兩個(gè)厚度不同的邊框，在所述邊框之間設(shè)置介質(zhì)板，所述邊框和所述介質(zhì)板分別與兩個(gè)所述水電極的軸心線相垂直；