CN106028614A - 产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置及方法 - Google Patents

产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，包括放电电源、框架、安装在框架上的氧化铝陶瓷棒阵列和等离子体放电管，框架包括上下平行设置的两个第一有机玻璃板以及连接两个第一有机玻璃板的多个支撑管，氧化铝陶瓷棒阵列和等离子体放电管均穿过两个第一有机玻璃板，等离子体放电管位于所述氧化铝陶瓷棒阵列之间，等离子体放电管与放电电源相连接。本发明还涉及一种产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的方法。本发明具有结构简单，操作方便，缺陷模连续可调节的优点，为等离子体光子晶体的研究提供了更为广阔的空间，有望在工业应用中产生重要的作用。

Description

产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置及方法
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置及方法。
背景技术
等离子体光子晶体，是由等离子体自身密度的周期性分布或者同其它介电材料交错周期性排列而形成的一种新型可调光子晶体。它不仅具有一般光子晶体的性质，而且还体现等离子体的特性，通过改变等离子体参数或外加磁场可有效控制其带隙。若在可调带隙的等离子体光子晶体中构造适当缺陷，则可形成可调滤波器和波导等器件，这在工程方面具有重要应用。特别是，通过方便的调节电子密度、晶格常数、对称性等空间或时间参数，可人为控制等离子体光子晶体光子带隙，实现对不同频率电磁波的控制等特殊性质，使得等离子体光子晶体在微波到太赫兹波段的控制上具有很好的应用前景，如等离子体隐身、滤波器、等离子天线及光开关等领域。但是现有缺陷模无法连续可调，使得等离子体光子晶体的应用范围受到限制。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置及方法，使得等离子体光子晶体在激光器、谐振腔、波分复用方面有应用前景。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，包括放电电源、框架、安装在所述框架上的氧化铝陶瓷棒阵列和等离子体放电管，所述框架包括上下平行设置的两个第一有机玻璃板以及连接两个所述第一有机玻璃板的多个支撑管，所述氧化铝陶瓷棒阵列和等离子体放电管均穿过两个所述第一有机玻璃板，所述等离子体放电管位于所述氧化铝陶瓷棒阵列之间，所述等离子体放电管与所述放电电源相连接。
本发明一个较佳实施例中，产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置进一步包括所述氧化铝陶瓷棒阵列包括多个氧化铝陶瓷棒，多个所述氧化铝陶瓷棒呈三角晶格排列。
本发明一个较佳实施例中，产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置进一步包括所述氧化铝陶瓷棒的直径为6mm、长度为150mm。
本发明一个较佳实施例中，产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置进一步包括所述等离子体放电管包括密封石英管、设于所述密封石英管内的两个内电极，所述密封石英管内充入有压强为650Pa、纯度为99.99%的氩气。
本发明一个较佳实施例中，产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置进一步包括所述密封石英管的管壁厚度为1mm、外径为12mm、长度为250mm。
本发明一个较佳实施例中，产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置进一步包括所述支撑管为铝方管，所述支撑管的长度为130mm。
本发明一个较佳实施例中，产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置进一步包括位于下方的所述第一有机玻璃板的底端紧密贴合有第二有机玻璃板，所述第二有机玻璃板的厚度为10mm。
一种产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）开启放电电源；
（2）改变所述等离子体放电管两端的放电条件。
本发明一个较佳实施例中，产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的方法进一步包括所述步骤（2）中，放电条件为：放电条件为：放电电压为15 kV -30kV、频率为5kHz-20kHz。
本发明一个较佳实施例中，产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的方法进一步包括所述步骤（2）中，放电条件为：放电电压为20 kV -30kV、频率为10kHz-20kHz。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明采用内电极结构，放电模式为低气压辉光放电，使等离子体放电过程中产生很少的热量，等离子体放电管可以持续产生稳定均匀的等离子体，同时本发明具有结构简单，操作方便，缺陷模连续可调节的优点，为等离子体光子晶体的研究提供了更为广阔的空间，有望在工业应用中产生重要的作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的立体图；
图2是本发明的优选实施例的俯视图；
图3是本发明的优选实施例的等离子体放电管的结构示意图；
图4是本发明的优选实施例的等离子体光子晶体缺陷模变化图像。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，包括放电电源1、框架、安装在框架上的氧化铝陶瓷棒阵列和等离子体放电管2，框架包括上下平行设置的两个第一有机玻璃板4以及连接两个第一有机玻璃板4的多个支撑管6，按照氧化铝陶瓷棒阵列和等离子体放电管2的排列位置在两个第一有机玻璃板4上钻上相应的通孔（图中未示出），氧化铝陶瓷棒阵列和等离子体放电管2均穿过两个第一有机玻璃板4，等离子体放电管2位于氧化铝陶瓷棒阵列之间，形成一个缺陷，等离子体放电管2与放电电源相连接。
如图2所示，本发明优选氧化铝陶瓷棒阵列包括多个氧化铝陶瓷棒8，多个氧化铝陶瓷棒8呈三角晶格排列。进一步优选氧化铝陶瓷棒8为实心圆柱，纯度为99.5%，表面粗糙，其直径为6mm、长度为150mm。两个第一有机玻璃板4之间的间距为130mm，优选支撑管6为铝方管，支撑管6的长度为130mm。位于下方的第一有机玻璃板4的底端紧密贴合有第二有机玻璃板10，第二有机玻璃板10的厚度为10mm，用于支撑氧化铝陶瓷棒8和等离子体放电管2。为了提高等离子体放电管2的稳固性，本发明优选用有机胶水将等离子体放电管2与两个第一有机玻璃板4固定。
如图3所示，本发明优选等离子体放电管2包括密封石英管12、设于密封石英管12内的两个内电极14，密封石英管12内充入有压强为650Pa、纯度99.99%的氩气，两个内电极14与放电电源1相连接，其中一个内电极14接地。密封石英管12的管壁厚度为1mm、外径为12mm、长度为250mm，内电极14优选为圆铜管。等离子体放电管2采用内电极结构，放电模式为低气压辉光放电，使等离子体放电过程中产生很少的热量，同时能够持续产生稳定均匀的等离子体。
一种产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的方法，其使用上述装置，包括以下步骤：
（1）开启放电电源1；
（2）改变等离子体放电管2两端的放电条件。
步骤（1）中的放电电源1采用南京苏曼公司生产的CPT-2000K等离子体专用电源，其输出电压为0-30kV，输出频率调节范围约在5-20kHz。步骤（2）中的不同的放电条件分别为：放电电压20kV、频率10kHz；放电电压22 kV、频率12kHz；放电电压24 kV、频率14kHz；放电电压26 kV、频率16kHz；放电电压30 kV、频率20kHz。随着放电电压的增大，对应的等离子体电子密度变化依次为1×1011cm-3、3×1011cm-3、5×1011cm-3、7×1011cm-3、9×1011cm-3。
本发明通过调节施加在等离子体放电管2两端的电压值，以此来改变等离子体电子密度，从而实现对等离子体光子晶体带隙的调控，同时放电电流也随之改变，利用ArI（2P2→1S5）光谱中的斯塔克展宽对等离子体光子晶体中的等离子体电子密度进行测定，随着放电电压的增大，对应的等离子体电子密度变化为1×1011cm-3-9×1011cm-3，利用示波器对放电电流进行测量，放电电流范围在20mA-100mA，利用型号为5230C的安捷伦PNA-L网络分析仪测量等离子体光子晶体的透射率，直观的测量到等离子体光子晶体透射率及缺陷模的变化。从图4中可以看出，此模型有效的禁带宽度在7.2GHz-10.5GHz，随着等离子体密度的增大，透射峰对应的谐振频率向高频方向移动，调节的范围从7.7GHZ到8.5GHz，模拟结果显示出密度为1011cm-3量级的等离子体在调节GHz范围内的微波在此缺陷型光子晶体内的传输特性时所显示的良好的效果，调节简单，精确度高。这在极窄带选频滤波器中有着重要应用，对于发展超高密度波分复用光通信技术和超高精度光学信息测量仪器具有重要应用价值。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，其特征在于，包括放电电源、框架、安装在所述框架上的氧化铝陶瓷棒阵列和等离子体放电管，所述框架包括上下平行设置的两个第一有机玻璃板以及连接两个所述第一有机玻璃板的多个支撑管，所述氧化铝陶瓷棒阵列和等离子体放电管均穿过两个所述第一有机玻璃板，所述等离子体放电管位于所述氧化铝陶瓷棒阵列之间，所述等离子体放电管与所述放电电源相连接。
2.根据权利要求1所述的产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，其特征在于，所述氧化铝陶瓷棒阵列包括多个氧化铝陶瓷棒，多个所述氧化铝陶瓷棒呈三角晶格排列。
3.根据权利要求2所述的产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，其特征在于，所述氧化铝陶瓷棒的直径为6mm、长度为150mm。
4.根据权利要求1所述的产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，其特征在于，所述等离子体放电管包括密封石英管、设于所述密封石英管内的两个内电极，所述密封石英管内充入有压强为650Pa、纯度为99.99%的氩气。
5.根据权利要求4所述的产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，其特征在于，所述密封石英管的管壁厚度为1mm、外径为12mm、长度为250mm。
6.根据权利要求1所述的产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，其特征在于，所述支撑管为铝方管，所述支撑管的长度为130mm。
7.根据权利要求1所述的产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的装置，其特征在于，位于下方的所述第一有机玻璃板的底端紧密贴合有第二有机玻璃板，所述第二有机玻璃板的厚度为10mm。
8.一种使用如权利要求1-7中任一项所述装置产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）开启放电电源；
（2）改变所述等离子体放电管两端的放电条件。
9.根据权利要求8所述产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，放电条件为：放电电压为15 kV -30kV、频率为5kHz-20kHz。
10.根据权利要求9所述产生连续可调谐缺陷模的等离子体光子晶体的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，放电条件为：放电电压为20 kV -30kV、频率为10kHz-20kHz。
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