[發(fā)明專利]一種二維等離子體光子晶體帶隙控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310150602.0
• 申請(qǐng)日: 2013-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN103235361A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊利霞;陳偉;施衛(wèi)東;許紅蕾;鄭晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/122
• 分類號(hào): G02B6/122;H05H1/24;G02F1/01
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于微波器件領(lǐng)域，具體涉及一種微波器件禁帶形成的控制方法。

背景技術(shù)

等離子體光子晶體是指等離子體和介質(zhì)呈周期結(jié)構(gòu)排列的人工周期結(jié)構(gòu),是光子晶體的一個(gè)特殊分支，不僅具有一般光子晶體的物理性質(zhì)，而且由于受等離子體物理性質(zhì)的影響，等離子體光子晶體的特性主要包括：光子帶隙特性、光子局域特性和光學(xué)特性。其中光子的帶隙特性尤為引起人們的關(guān)注，在光學(xué)上，等離子體光子晶體還具有自身獨(dú)特性質(zhì)，具有在微波濾波器、等離子體天線、等離子體透鏡等諸多方面的潛在應(yīng)用價(jià)值。

申請(qǐng)(專利)號(hào)為?CN200410016099.0?的“一種調(diào)節(jié)二維光子晶體禁帶的方法”的發(fā)明，提供了一種調(diào)節(jié)二維光子晶體禁帶的方法。從光子晶體基本理論以及半導(dǎo)體、電磁場(chǎng)理論可知，對(duì)于二維光子晶體結(jié)構(gòu)，外加磁場(chǎng)B可以改變共振頻率ωc，從而對(duì)TE波的ε(ω)函數(shù)產(chǎn)生影響，而對(duì)于TM傳播態(tài)，由于ε(ω)函數(shù)中不含ωc項(xiàng)，也就意味著和磁場(chǎng)無(wú)關(guān)；因此，利用二維光子晶體結(jié)構(gòu)柱子延伸方向加磁場(chǎng)，改變?cè)摴庾泳w結(jié)構(gòu)對(duì)TE傳播態(tài)電磁波的禁帶位置和分布，從而調(diào)節(jié)二維光子晶體禁帶。該方法復(fù)雜，只能通過改變晶體管的排布規(guī)律來(lái)控制等離子體光子晶體的帶隙，對(duì)模型的大小和分布要求比較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種二維等離子體光子晶體帶隙控制方法,無(wú)需改變模型的分布，通過改變等離子體頻率的大小，實(shí)現(xiàn)二維等離子體光子晶體帶隙控制，簡(jiǎn)易直接，對(duì)模型要求低。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種二維等離子體光子晶體帶隙控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一:建立二維等離子體光子晶體模型，利用模型的反射系數(shù)，獲取二維等離子體光子晶體帶隙大小；

步驟二：利用高斯脈沖函數(shù)來(lái)表示等離子體頻率，通過高斯脈沖函數(shù)表達(dá)式的變化來(lái)調(diào)節(jié)和控制二維等離子體光子晶體帶隙大小。

所述步驟一具體為：利用時(shí)域有限差分方法對(duì)單個(gè)元胞建立矩形實(shí)體模型，位于矩形實(shí)體模型的中間位置的矩形模型背景介質(zhì)與矩形實(shí)體模型的兩個(gè)對(duì)邊留有間隙、與另兩個(gè)對(duì)邊完全重合，矩形模型背景介質(zhì)的介電常數(shù)ε₂大于0；在背景介質(zhì)中均勻地鑲嵌入N個(gè)完全相同的等離子體介質(zhì)，等離子體介質(zhì)的介電常數(shù)記為ε₃；在單個(gè)元胞的矩形實(shí)體模型中與矩形模型背景介質(zhì)留有間隙的兩個(gè)對(duì)邊的外側(cè)緊貼對(duì)邊分別增加UPML吸收邊界，在吸收邊界和背景介質(zhì)之間填充介電常數(shù)為ε₁的空氣；利用激勵(lì)源打到整個(gè)矩形實(shí)體模型上，在吸收邊界和背景介質(zhì)填充空氣的空間建立一個(gè)用于記錄其激勵(lì)源的入射和反射情況的觀察平面。

所述步驟二具體為：

將二維等離子體頻率???????????????????????????????????????????????以高斯脈沖形式的周期函數(shù)表示為

?????????（1）

為正數(shù)，用于調(diào)制的幅值，k₂為高斯脈沖函數(shù)的寬度，k₁代表沿x軸方向的脈沖寬度，0<k₁<；k₂代表沿y軸方向的脈沖寬度，0<k₂<；通過改變k_1?、k₂取值的大小得到不同反射系數(shù)，從而形成不同的二維等離子體光子晶體帶隙大小。

本發(fā)明具有有益效果。本發(fā)明是直接通過對(duì)等離子體頻率進(jìn)行函數(shù)構(gòu)造從而控制等離子體光子晶體禁帶的大小，由于在等離子體中控制等離子體頻率的空間密度分布比較容易，因此本方法更加簡(jiǎn)易直接，對(duì)模型的大小和分布沒有太高的要求。

附圖說明

圖1為二維等離子光子晶體模型。

圖2為等離子體頻率變?yōu)楦咚姑}沖函數(shù)形式后的頻譜圖。

圖3為二維等離子體頻率沿x軸變化后形成的等離子體光子晶體反射反射系數(shù)頻譜圖。

圖4為二維等離子體頻率沿y軸變化后形成的等離子體光子晶體反射反射系數(shù)頻譜圖。

圖5為二維等離子體頻率沿x軸和y軸變化后形成的等離子體光子晶體反射反射系數(shù)頻譜圖。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

????如圖1所示，等離子體光子晶體的建模的基本流程如下