[發明專利]一種同時產生人工和自組織復合等離子體光子晶體的裝置和方法

有效

• 申請號: 201410011610.1
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103728674A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 董麗芳;王永杰;劉偉波;賀亞峰;李雪辰
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G02B1/02
• 分類號: G02B1/02
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

技術領域

本發明涉及一種等離子體應用技術和光學技術，具體地說是一種同時產生人工和自組織復合等離子體光子晶體的裝置和方法。

背景技術

光子晶體是把不同介電常數的材料呈周期性排列的一種人工晶體，它的特點主要包括光子禁帶和光子局域化。由于光子晶體具有能帶和帶隙結構，使得某些頻率的電磁波不能在其中傳播，從而形成了光子禁帶。通過對光子晶體的設計，人們實現了對電磁波的控制。基于以上特性，光子晶體已經在許多領域得了的廣泛應用，如光子晶體偏振器、光子晶體波導、光開關、濾波器等。

作為一種新型的光子晶體，等離子體光子晶體是等離子體與其他介電材料周期性排列而成的一種新型可調光子晶體。它既具有光子晶體的一般特點又有自己獨特的性質，如具有時空可調性和強色散關系。人們可以通過調節等離子體光子晶體的不同時空參數，包括晶格常數、介電常數、晶格對稱性、時間周期等，改變其能帶位置和寬度，進而使頻率落入該帶隙的光禁止傳播，實現對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可調濾波器、等離子體天線、光開關以及等離子體隱身等眾多電磁波控制領域具有廣泛的應用，受到人們的廣泛關注。

通常產生等離子體光子晶體的方法主要有兩種：一種是利用固體電極陣列來產生等離子體光子晶體，但是這種電極結構的晶格常數是固定的，且其使用壽命較短，很難實現對電磁波的長時間、穩定可靠地調控。另外一種是利用介質阻擋放電中的自組織斑圖來產生等離子體光子晶體，這種方法可以克服固體電極的不足。但由于其晶格常數隨實驗參數變化范圍較大，不易精確調控。

發明內容

本發明的目的之一就是提供一種同時產生人工和自組織復合等離子體光子晶體的裝置，以克服單一結構等離子體光子晶體存在的技術缺陷，實現通過在固定晶格常數基礎上控制自組織晶格常數來調節光的傳輸。

本發明的目的之二就是提供同時產生人工和自組織等離子體光子晶體的方法，以產生由人工等離子體柱和自組織等離子體柱形成的復合等離子體光子晶體。

本發明的目的之一是這樣實現的：一種同時產生人工和自組織復合等離子體光子晶體的裝置，包括有：真空反應室，設置在所述真空反應室內的兩個極板相對的水電極，以及與所述水電極電連接的等離子體發生電源，在其中一個所述水電極靠近中心的放電介質板內壁粘有聚乙烯板，在所述聚乙烯板上刻蝕有呈矩形陣列排布的圓孔，在兩個所述水電極之間設置有作為放電邊界的玻璃邊框。

所述聚乙烯板厚度為0.1~2mm，所述圓孔直徑為0.1~2mm，所述圓孔之間的間隔為1~7mm，所述玻璃邊框的厚度為0.1~2mm。

所述聚乙烯板厚度為1mm，所述圓孔直徑為1mm，所述圓孔之間的間隔為5mm，所述玻璃邊框的厚度為1.7mm。

在所述真空反應室內注有放電氣體，所述放電氣體為空氣與氬氣組合成的混合氣體，所述放電氣體的氣壓可調。

所述真空反應室的放電氣體中的氬氣含量為混合氣體的30~70%，所述放電氣體氣壓為0.2×10⁵~0.5×10⁵Pa。

本發明通過把帶有矩形陣列排布圓孔的聚乙烯板與水電極中靠近中心的放電介質板內壁用絕緣膠粘在一起，形成網格化的放電介質板，通過調節放電條件，獲得可精確調節的、由人工等離子體柱、自組織等離子體柱以及未放電區域形成的、具有三種折射率的復合等離子體光子晶體。由于復合等離子體光子晶體中的人工等離子體柱和自組織等離子體柱，以及未放電區域的電子密度，對光折射也不同，因而實現了三種不同折射率的周期性排列。該等離子體光子晶體中的自組織等離子體柱的晶格常數精確可調，由于該放電電極透明以及等離子體光子晶體本身發光，因此可直接采集不同等離子體的發射光譜，并進一步對電子密度進行計算。