[發明專利]一種頻率敏感自準直現象的實現方法

有效

• 申請號: 201710489115.5
• 申請日: 2017-06-24
• 公開（公告）號: CN107255838B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 蔣尋涯;高勝;汝廣喆;劉珈汐
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于電磁波技術領域，具體為頻率敏感自準直現象的實現方法。本發明設計方法包括：初步選定二維光子晶體晶格結構和材料參數，計算其TM模式下各個能帶的等頻圖；通過調節光子晶體結構參數和材料參數，尋找到敏感自準直現象，即包含敏感自準直等頻線的一組“燈籠狀”等頻線；建立光子晶體平板結構，結構和材料參數與前述二維光子晶體相同，在平板結構上下覆蓋金屬板（膜）；確定該平板結構的厚度，保證在厚度方向為單模。在微波段、THz波段、紅外和可見光波段，如此上下覆蓋金屬板、有限厚度三維結構的TM模式能帶特性與二維光子晶體的很相似，從而同樣具有頻率敏感自準直現象。由于該結構制備方法簡單，其頻率敏感自準直現象可廣泛用于電磁波各個領域。

技術領域

本發明屬于微波光子學技術領域。具體涉及頻率敏感自準直現象的實現方法。利用金屬的完美電導體近似，將光子晶體的二維模式在三維實際結構中復現。

背景技術

光子晶體中的自準直現象能夠實現空間位置可自由移動的無衍射傳播現象。自準直現象不依賴于非線性效應或者物理邊界，在集成光路和微波單片集成電路方面都有重要應用。公開號為CN104678491A的中國發明專利“支持高頻率敏感度自準直現象的光子晶體及設計方法和應用”提出了一種新的自準直現象，具有很高頻率敏感度。它在電磁波衍射調控，分束方面都著重要應用。但是這個專利所涉及的頻率敏感自準直現象都是在二維TE模式下，難以在三維結構直接實現。

這里就有一個重要的技術問題：如何在三維實際結構實現頻率敏感自準直現象。解決了這一問題,將使得基于二維頻率敏感自準直現象的各種應用器件都能夠實際制作出來，大大增加了頻率敏感自準直現象的實用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在三維實際結構實現頻率敏感自準直現象的方法，使三維結構具有制作簡單、易于操控等優點。

本發明提供的頻率敏感自準直現象的實現方法，具體步驟如下：

步驟1、初步選定二維光子晶體晶格結構和材料參數，計算其TM模式下各個能帶的等頻圖；

步驟2、通過調節光子晶體結構參數和材料參數，尋找到敏感自準直現象，即包含自準直等頻線的一組“燈籠狀”等頻線；

步驟3、繼續調節光子晶體參數，降低自準直區域的群速度，提高頻率敏感度；

步驟4、構造有限厚度的二維光子晶體平板，定義光子晶體平板的厚度為Z方向，二維平面為XY平面，該光子晶體平板在XY平面的結構參數和材料參數與前述二維光子晶體情況相同；

步驟5、確定光子晶體平板厚度，并在平板上下覆蓋金屬板，保證其TM模式在厚度方向只存在單模，即在厚度方向不存在電場值為零的節點。一般來說，光子晶體平板的厚度小于λ/2n，即可保證厚度方向只存在單模，其中，λ為敏感自準直頻率的真空波長，n為光子晶體的平均折射率。

步驟1中所述的二維光子晶體TM模式是指電場E垂直于二維平面的電磁波模式。

步驟1所述的光子晶體結構，包括但不限于正方晶格、長方晶格、三角晶格、菱形晶格等簡單晶格結構以及六角晶格等復合晶格結構。

步驟1所述的光子晶體結構的原胞，可以由多種材料構成，其內部結構包括但不限于圓形、橢圓形、方形、長方形、三角形等幾何形狀。

步驟2中所述的光子晶體結構參數包括晶格矢量、各種材料填充比等。

步驟2中所述的光子晶體材料參數包括但不限于原胞各種填充材料的折射率、介電常數、磁導率、導電率等參數。

步驟2中所述的一組“燈籠狀”的等頻線形狀類似圖1中所展示的形狀。

步驟5中，所述的金屬板可以是銅，也可以是金、銀，或者其它導電性好的金屬。