CN107422401A - 一种不等宽带隙等离子体光子晶体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不等宽带隙等离子体光子晶体。该光子晶体包括：多层介质和多层等离子体，所述介质与所述等离子体交错排列，所述等离子体由所述等离子体两侧的所述介质封装，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的厚度与所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的厚度不同，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的厚度与所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的厚度不同。本发明提供的不等宽带隙等离子体光子晶体通过调整电磁入射部分和透射部分介质层与等离子体层的厚度，能够得到具有多个频率的不等宽带隙的光子晶体。

Description

一种不等宽带隙等离子体光子晶体
技术领域
本发明涉及等离子体领域，特别是涉及一种不等宽带隙等离子体光子晶体。
背景技术
光子晶体又称为光子带隙材料，是由不同电磁参数的材料周期性排列而成的人工微结构，其周期性可以产生光子晶体带隙，从而使得落入该带隙的电磁波不能传播。基于以上特征，光子晶体被广泛应用于众多领域。等离子体光子晶体，是由等离子体自身密度的周期性分布，或者同其他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。等离子体呈气体形式，没有固定形状，因此，往往采用周期性排列的介质形成封闭式等离子体。等离子体具有很强的色散特性，本身就具有高频滤波器的性质，结合周期结构的效应，更适用于频率特性的调制。与传统光子晶体相比，等离子体光子晶体在特定介质电磁参数、等离子体参数条件下，可以产生反常反射、时变动态可控等特殊性质。人们可以很容易对等离子体光子晶体的不同时空参数，如等离子体电子密度、碰撞频率等进行时空调制，改变其能带位置和宽度，进而，使频率落入该带隙的电磁波禁止传播，实现对光频率的选择和光传播的控制。基于以上特性，等离子体光子晶体可以被应用在等离子体天线、光开关以及等离子体隐身等诸多电磁波控制领域，具有广阔的应用前景。
目前，等离子体光子晶体结构一般都是等离子体和介质板交错放置，相邻的介质板中间封闭等离子体，等离子体一般采用阻挡放电方式产生，等离子体光子晶体的带隙宽度都是相同或近似相同的。但在实际应用中，有时候需要宽度不等的多个带隙。某些频段需要较宽的带隙，某些频段需要较窄的带隙。此时，传统的等离子体光子晶体的带隙分布特性就难以满足这种需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种不等宽带隙等离子体光子晶体，能够产生多个频段的不等宽带隙。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双频不等宽带隙等离子体光子晶体，所述光子晶体包括：多层介质和多层等离子体，所述介质与所述等离子体交错排列，所述等离子体由所述等离子体两侧的所述介质封装，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的厚度与所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的厚度不同，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的厚度与所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的厚度不同。
可选的，所述介质具有8层，所述等离子体具有7层。
可选的，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的层数为4层，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的层数为4层。
可选的，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的层数为3层，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的层数为4层。
可选的，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的厚度均为10mm，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的厚度均为5mm。
可选的，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的厚度均为10mm，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的厚度均为5mm。
可选的，所述等离子体的频率为1GHz，所述等离子体的碰撞频率为1.5GHz。
可选的，所述介质采用有机玻璃材料制成，所述等离子体由封闭的低压氩气放电形成。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的不等宽带隙等离子体光子晶体，在电磁入射部分的介质厚度与在电磁波透射部分的介质厚度不同，在电磁入射部分的等离子体厚度与在电磁波透射部分的等离子体厚度也不相同，通过调整电磁入射部分和透射部分介质层与等离子体层的厚度，能够得到具有多个频段的不等宽带隙的光子晶体。本发明将电磁波透射部分介质层、等离子体层的厚度分别设置为电磁波入射部分介质层、等离子体层厚度的1/2，获得了宽度不同的两个带隙。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例不等宽带隙等离子体光子晶体的结构示意图；
图2为本发明实施例不等宽带隙等离子体光子晶体反射率和透射率曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种不等宽带隙等离子体光子晶体，能够产生多个频段的不等宽带隙。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供的不等宽带隙等离子体光子晶体包括：多层介质和多层等离子体，所述介质与所述等离子体交错排列，所述等离子体由所述等离子体两侧的所述介质封装，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的厚度与所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的厚度不同，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的厚度与所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的厚度不同。所述介质可以采用有机玻璃材料制成，所述等离子体可以由封闭的低压氩气放电形成。本发明通过调整电磁入射部分和透射部分介质层与等离子体层的厚度，能够得到具有多个频段的不等宽带隙的光子晶体。
优选的，所述介质具有8层，所述等离子体具有7层。所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的层数为4层，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的层数为4层。所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的层数为3层，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的层数为4层。所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的厚度均为10mm，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的厚度均为5mm。所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的厚度均为10mm，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的厚度均为5mm。所述等离子体的频率为1GHz，所述等离子体的碰撞频率为1.5GHz。本发明将电磁波透射部分介质层或等离子体层的厚度设置为电磁波入射部分介质层或等离子体层厚度的1/2，获得了宽度不同的两个带隙。
图1为本发明实施例不等宽带隙等离子体光子晶体的结构示意图，如图1所示，本发明包括8层介质板和由其封闭形成的7层等离子体层。介质板选用有机玻璃材料，介电常数为3.9。等离子体层由低压氩气放电形成。电磁波入射方向的4层介质和3层等离子体层厚度为10mm。电磁波透射方向的4层介质和3层等离子体层厚度为5mm。将等离子体的电子数密度需要调整到1.24×10-16/m。
采用时域有限差分法(finite-difference time-domain，FDTD)对上述等离子体光子晶体结构进行数值仿真，以研究其电磁特性。激励信号源为微分高斯脉冲，即
其中，t是时间，τ和t0是常数，其中τ决定了高斯脉冲的宽度。仿真中取时间步长Δt＝1.667ps，τ＝80Δt，t0＝τ。仿真的最大频率取为15GHz。FDTD网格长度为最大频率对应波长的1/20，即1mm。仿真8000时间步，得到等离子体晶体的反射系数和透射系数，结果如图2所示。由图2的反射率曲线可知，在3.9-6.3GHz和7.4-12.2GHz频带内，反射率都大于3dB，形成带隙。这两个带隙的中心频率分别是5.1GHz和9.8GHz，带宽分别为2.4GHz和4.8GHz。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种不等宽带隙等离子体光子晶体，其特征在于，所述光子晶体包括：多层介质和多层等离子体，所述介质与所述等离子体交错排列，所述等离子体由所述等离子体两侧的所述介质封装，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的厚度与所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的厚度不同，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的厚度与所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的厚度不同。
2.根据权利要求1所述的光子晶体，其特征在于，所述介质具有8层，所述等离子体具有7层。
3.根据权利要求2所述的光子晶体，其特征在于，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的层数为4层，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的层数为4层。
4.根据权利要求2所述的光子晶体，其特征在于，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的层数为3层，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的层数为4层。
5.根据权利要求3所述的光子晶体，其特征在于，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述介质的厚度均为10mm，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述介质的厚度均为5mm。
6.根据权利要求4所述的光子晶体，其特征在于，所述光子晶体在电磁波入射部分的所述等离子体的厚度均为10mm，所述光子晶体在电磁波透射部分的所述等离子体的厚度均为5mm。
7.根据权利要求1所述的光子晶体，其特征在于，所述等离子体的频率为1GHz，所述等离子体的碰撞频率为1.5GHz。
8.根据权利要求1所述的光子晶体，其特征在于，所述介质采用有机玻璃材料制成，所述等离子体由封闭的低压氩气放电形成。
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