[發明專利]一種近紅外波段可調諧多功能波束調控器件

有效

• 申請號: 201910647450.2
• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN110320578B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 蔣立勇;袁靜;疏靜
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02F1/00;G02F1/01
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

本發明公開了一種近紅外波段可調諧多功能波束調控器件，所述器件為正方晶格二維光子晶體，其單元結構為介質環，所述介質環的材質為可調諧相變材料，所述器件中除了所述介質環的其余部分為空氣，所述介質環的外徑R為0.4a～0.48a，介質環的內徑r變化范圍為0.3R～0.9R，a為晶格常數，可調諧相變材料的折射率變化范圍為1.4～8。本發明近紅外波段可調諧多功能波束調控器件的結構獨創性實現了在近紅外波段同一頻率下的零折射、自準直和負折射三種波束調控功能之間的切換。

技術領域

本發明屬于波束調控技術領域,具體涉及一種工作于近紅外波段的可調諧光子晶體多功能波束調控器件。

背景技術

在幾何光學和衍射光學的物理原理框架內，傳統光學元件(如透鏡，光闌，反射鏡等)在波束調控中存在一些固有的不足，包括無法突破衍射極限，光路龐大，功能單一等。近些年來，光子晶體的研究為突破衍射極限，實現光子器件高度集成和多功能波束調控提供了有效的解決方案。光子晶體適用于微米尺度上對波束進行控制，通過合理的設計光子晶體的單元結構可以調節其光子能帶結構，展現出眾多奇異物理現象，如負折射效應、自準直效應、零折射效應和慢光效應等。

與此同時，面對微納集成光學的應用需求，光子晶體器件可采用可調諧材料構成，并通過光或電驅動來改變可調諧材料的折射率，從而實現對頻率，相位，振幅甚至波束調控功能的主動調諧。目前常用的可調諧材料包括液晶、相變材料和石墨烯。石墨烯主要用于對平面結構的電光調節，液晶具有豐富的各向異性電光調節特性，往往作為結構填充材料使用。而相變材料可同時作為平面材料或結構材料使用，因而特別適合光子晶體器件的主動調節。VO₂是一種非常優異的熱相變金屬氧化物材料，其獨特屬性使其成為取代硅材料用于新一代低功耗電子設備的理想選擇，而且VO₂的相變為可逆相變且相變時間可達飛秒量級。Ge₂Sb₂Te₅(GST)在非晶態和晶態之間的光學和電學性質上有很大的差異，是一種很有前途的光波操縱材料，其兩個相在室溫下均穩定，可快速、可逆地在兩相之間切換，通過精確控制刺激的能量和持續時間，可穩定地維持任意中間晶態。上述的可調諧材料，在外界不同機制的刺激下，例如熱、電、溫度、光照等，折射率會隨之變化，通過與光子晶體結構結合從而可以設計出可調諧多功能波束調控器件。

目前國內外已有文獻和發明專利采用液晶等可調諧材料來制備可調諧光子晶體功能器件，如中國發明專利CN201410363838、CN201410106126、CN201010197993，但是這些專利無法實現在近紅外波段零折射、自準直和負折射三種功能之間的切換。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種近紅外波段可調諧多功能波束調控器件，通過改變可調諧材料的折射率可以使得器件在近紅外波段同一頻率下出現零折射率、自準直和負折射三種波束調控功能的切換。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種近紅外波段可調諧多功能波束調控器件，所述器件為正方晶格二維光子晶體，其單元結構為介質環，所述介質環的材質為可調諧相變材料，所述器件中除了所述介質環的其余部分為空氣。

進一步地，所述介質環的外徑R為0.4a～0.48a，介質環的內徑r變化范圍為0.3R～0.9R，a為晶格常數。

進一步地，可調諧相變材料的折射率變化范圍為1.4～8。

進一步地，可調諧相變材料為VO₂或Ge₂Sb₂Te₂(GST)。

相比于現有技術，本發明的優點為：

(1)本發明近紅外波段可調諧多功能波束調控器件的結構獨創性實現了在近紅外波段同一頻率下的零折射、自準直和負折射三種波束調控功能之間的切換；