[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)六邊形等離子體光子晶體的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610543583.1
• 申請(qǐng)日: 2016-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106199769B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董麗芳;崔義乾;賀亞峰
• 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: 胡素梅,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(shuō)是一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)六邊形等離子體光子晶體的裝置及方法。

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(guò)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(lái)等離子體光子晶體在濾波器、等離子體天線、光開(kāi)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(guò)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，但其都只是產(chǎn)生單層等離子體光子晶體的裝置；在先專利ZL201310031529.5通過(guò)調(diào)整晶格對(duì)稱性實(shí)現(xiàn)光的傳輸，其是產(chǎn)生雙層等離子體光子晶體的裝置。無(wú)論是單層還是雙層等離子體光子晶體，它們都僅僅是以靜止的等離子體光子晶體改變晶格對(duì)稱性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光頻率的選擇和光傳播的控制，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的等離子體光子晶體的現(xiàn)象，這就在一定程度上限制了對(duì)光傳播的調(diào)制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一就是提供一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)六邊形等離子體光子晶體的裝置，以克服現(xiàn)有裝置只能產(chǎn)生靜止的等離子體光子晶體的問(wèn)題。

本發(fā)明的目的之二就是提供一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)六邊形等離子體光子晶體的方法，通過(guò)該方法可以產(chǎn)生具有六邊形對(duì)稱性的旋轉(zhuǎn)六邊形等離子體光子晶體。

本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)六邊形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)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)置有邊框，所述邊框所在平面與兩個(gè)所述水電極的軸心線垂直；所述邊框的內(nèi)沿是由若干棘齒依次排列而成，且所述邊框的內(nèi)沿構(gòu)成放電間隙邊界。

所述邊框內(nèi)沿所圍區(qū)域面積小于所述水電極的截面面積，所述邊框外沿所圍區(qū)域面積大于所述水電極的截面面積。

優(yōu)選的，所述邊框的厚度為2mm~4mm。

更優(yōu)選的，所述邊框的厚度為2.5mm。

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、氬氣或是空氣與氬氣按任意體積比混合后的混合氣體；所述真空反應(yīng)室內(nèi)的放電氣體的氣壓為0.2~1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

本發(fā)明通過(guò)在兩個(gè)水電極之間設(shè)置邊框，且邊框所在平面與兩個(gè)水電極的軸心線垂直，邊框的內(nèi)沿由若干棘齒依次排列而成，并構(gòu)成放電間隙邊界；當(dāng)?shù)入x子體發(fā)生電源的電壓一定時(shí)，會(huì)在兩個(gè)水電極之間的放電間隙內(nèi)產(chǎn)生放電絲，這些放電絲便有序的排列形成六邊形等離子體光子晶體，且六邊形等離子體光子晶體會(huì)沿放電間隙邊界處棘齒的緩坡向陡坡方向發(fā)生一定規(guī)律性的旋轉(zhuǎn)。

在所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)六邊形等離子體光子晶體中，由于等離子體柱（即放電絲，或稱等離子體通道）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。在旋轉(zhuǎn)六邊形等離子體光子晶體中，由于等離子體光子晶體的自身旋轉(zhuǎn)，在入射光不變的情況下，即可使自身的色散曲線、帶隙中心頻率與帶隙寬度得到改變。還可以通過(guò)增加壓強(qiáng)或降低氬氣含量來(lái)增快旋轉(zhuǎn)速度，反之則減慢旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)一步豐富對(duì)光傳播選擇性的調(diào)制。這種旋轉(zhuǎn)并可調(diào)控其旋轉(zhuǎn)速度的光調(diào)制器，將有更為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景。

本發(fā)明的目的之二是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)六邊形等離子體光子晶體的方法，包括如下步驟：