CN115144963A - 波导结构、制备方法及应用 - Google Patents

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CN115144963A CN202110350081.8A CN202110350081A CN115144963A CN 115144963 A CN115144963 A CN 115144963A CN 202110350081 A CN202110350081 A CN 202110350081A CN 115144963 A CN115144963 A CN 115144963A
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Abstract

本发明涉及一种波导结构、制备方法及应用。该波导结构包括光子晶体，具有用于接收外界电磁波的电磁波射入面，光子晶体被配置为在工作频率下传输第一模式的电磁波，还被配置为在工作频率下光子晶体的等效阻抗与背景介质的阻抗相匹配；其中，在工作频率下，光子晶体的等频率曲线与背景介质的等频率曲线不相交。上述波导结构能兼顾实现高结构强度、大数值孔径以及高耦合效率。

Description

波导结构、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及电磁波传输技术领域，特别是涉及波导结构、制备方法及应用。
背景技术
波导是光学领域的重要器件。波导由芯层和包层构成，芯层负责传播光，包层负责阻挡或反射光，以达到光总体沿着波导轴向传播的目的。传统的波导主要包括普通光纤波导、硅波导和光子晶体带隙波导。
普通光纤波导是通过波密介质到波疏介质的全反射效应将波束缚在芯层传播。光纤波导具有一定的结构强度，但受限于全反射条件，光纤波导的数值孔径小(通常不超过0.3)；且芯层的阻抗与空气的阻抗不匹配，导致光波的耦合效率低。
硅波导同样是利用全反射将波束缚在硅中传播。硅波导也具有一定的结构强度，但其数值孔径仍较小，且电磁波入射到硅端面也容易形成反射，导致电磁波的耦合效率不高。
光子晶体带隙波导则是将周期排布的光子晶体作为波导的包层，利用光子晶体的能带理论，使光限制在芯层或缺陷中传播。然而，虽然光子晶体带隙波导可具备较大的数值孔径；光子晶体带隙波导中的芯层若选择空气以获得较高的耦合效率，则容易导致光子晶体带隙波导的结构强度不高，不耐压，从而较难应用于复杂环境或是长距离的信号传输，若选择普通电介质，则又会降低电磁波的耦合效率。
发明内容
基于此，有必要针对传统的波导较难兼顾高结构强度、大数值孔径以及高耦合效率的问题，提供一种新的波导结构。
一种波导结构，包括：
光子晶体，具有用于接收外界电磁波的电磁波射入面，所述光子晶体被配置为在工作频率下传输第一模式的电磁波，还被配置为在所述工作频率下所述光子晶体的等效阻抗与背景介质的阻抗相匹配；
并且，在所述工作频率下，所述光子晶体的等频率曲线与背景介质的等频率曲线不相交。
上述波导结构，通过使光子晶体的等频率曲线与背景介质的等频率曲线不相交，有利于实现不同角度入射的外界电磁波的有效捕捉，并可将光子晶体内激发的第一模式的电磁波限制在光子晶体中传输，从而具备接近于1(外界电磁波由空气入射时)的大数值孔径；另外，通过控制光子晶体在工作频率下的等效阻抗与背景介质的阻抗相匹配，可以使电磁波在入射时具备较高的耦合效率；除此之外，上述波导结构突破性地将光子晶体作为“芯层”进行电磁波传输，有利于在实现大数值孔径以及高耦合效率的同时，使波导结构具备一定的结构强度，不易损坏断裂，从而有利于应用至复杂环境和长距离的信号传输。
在其中一个实施例中，所述光子晶体由至少两种具有不同介电常数的电介质材料沿所述电磁波射入面的法线方向以最小重复单元周期排列形成。
在其中一个实施例中，所述最小重复单元包括两个第一电介质材料和一个第二电介质材料，所述第二电介质材料设于所述两个第一电介质材料之间，所述第一电介质材料的介电常数小于所述第二电介质材料的介电常数。
在其中一个实施例中，所述光子晶体包括多个阵列排布的最小重复单元，所述最小重复单元包括：第一电介质材料；第二电介质材料，所述第二电介质材料设置在所述第一电介质材料内，所述第二电介质材料的介电常数与所述第一电介质材料的介电常数不同。
在其中一个实施例中，所述第二电介质材料的中心与所述第一电介质材料的中心重合，所述第一电介质材料的介电常数小于所述第二电介质材料的介电常数。
在其中一个实施例中，所述光子晶体沿垂直于所述电磁波射入面的法线的方向具有一预设厚度，所述光子晶体还被配置为在所述工作频率下传输第二模式的电磁波。
在其中一个实施例中，光子晶体对0°～75°入射的电磁波的耦合效率大于或等于90％。
本申请还提供一种波导结构的制备方法。
一种波导结构的制备方法，包括：提供处于预设频率范围的外界电磁波；提供具有第一参数的光子晶体，所述光子晶体具有用于接收所述外界电磁波的电磁波射入面；调整所述光子晶体的参数，以使在所述预设频率范围内，光子晶体的等频率曲线与背景介质的等频率曲线不相交，及所述光子晶体的等效阻抗与背景介质的阻抗相匹配，形成具有第二参数的光子晶体；其中，所述参数包括光子晶体的有效相对介电常数和有效相对磁导率。
上述波导结构的制备方法，有利于在预设频率范围内实现0°至90°入射的外界电磁波的有效捕捉，并可将光子晶体内激发的电磁波限制在光子晶体中传输，从而使波导结构具备接近于1(外界电磁波由空气入射时)的大数值孔径；上述制备方法还可使电磁波在入射时具备较高的耦合效率；除此之外，上述制备方法突破性地将光子晶体作为“芯层”进行电磁波传输，有利于在实现大数值孔径以及高耦合效率的同时，使波导结构具备一定的结构强度，不易损坏断裂。
在其中一个实施例中，所述第二参数的光子晶体沿垂直于所述电磁波射入面的法线的方向具有一预设厚度，被配置为在所述预设频率范围内传输多种模式的电磁波。
本申请还提供一种波导结构的应用。
一种波导结构的应用，用于捕捉入射角大于等于0°且小于90°的外界电磁波。
上述波导结构的应用，可用于捕捉入射角大于等于0°且小于90°的外界电磁波，有利于不同方向入射的外界电磁波的有效传输。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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说明书中记载的一些实施方式，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为普通光纤波导的工作示意图；
图2为光子晶体带隙波导的工作示意图；
图3为本申请一实施例的波导结构的工作示意图；
图4为本申请一优选实施例的光子晶体的结构示意图；
图5为图4所示实施例的光子晶体的等频率曲线图；
图6为图4所示实施例的光子晶体的透射率随最小重复单元的周期数以及电磁波入射角度的变化曲线图；
图7为本申请另一优选实施例的光子晶体的结构示意图；
图8为图7所示实施例的光子晶体的最小重复单元的尺寸示意图；
图9为图7所示实施例的光子晶体的等频率曲线图；
图10为图7所示实施例的光子晶体的等阻抗曲线图；
图11为图7所示实施例的光子晶体的透射率随最小重复单元的周期数以及电磁波入射角度的变化曲线图；
图12的(a)图和(b)分别为图7所示实施例的光子晶体在不同厚度下的色散曲线图。
元件标号说明：
10、普通光纤波导，11、芯层，12、包层；
20、光子晶体带隙波导，21、芯层，22、光子晶体包层；
30、波导结构，P31、电磁波射入面，300、最小重复单元，301、第一电介质材料，302、第二电介质材料。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。其传输原理是光的全反射效应。目前光纤波导已非常成熟，例如有单模光纤，多模光纤，保偏光纤等。然而传统光纤波导由于全反射条件的限制，数值孔径小；且光线由自由空间耦合到光纤中由于阻抗不匹配，耦合效率低。
具体的，如图1所示，普通光纤波导10放置在背景介质40中，光纤波导10包括芯层11以及包覆在芯层11周向表面的包层12，背景介质40可以是空气空气、水、二氧化硅等均匀的电介质。空气中的光入射到芯层11端面时由于阻抗不匹配，一部分光会反射回自由空间，另一部分光则会折射进入芯层11，但进入芯层11的光也只有部分符合特定条件的光才能在光纤波导10中发生全反射而传播。如图1所示，只有从自由空间以小于θ的角度入射到芯层11端面的光才能在光纤波导10中发生全反射而传播。θ为入射光线与光纤波导10的轴线所成的夹角，θ越大，即芯层11与包层12的折射率之差越大，光纤10捕捉光线的能力便越强，而参数sinθ(背景介质为空气时)直接反映了这种能力，我们称之为数值孔径NA，普通光纤波导的NA通常小于0.3。
另一方面，如图2所示，光子晶体带隙波导20则是将周期排布的光子晶体作为波导的包层22，利用光子晶体的能带理论，使光限制在芯层21中传播，又因为其芯层21的折射率与包层22的有效折射率相差较大，所以通常具备较大的数值孔径。然而，入射至芯层21端面的光线仍会因为阻抗不匹配而导致光线的耦合效率较低。另外，若芯层21选为空气，则会导致光子晶体带隙波导20的结构强度降低，从而限制光子晶体带隙波导20的应用范围。
针对上述问题，本申请在一实施方式中提供了一种能兼顾高结构强度、数值孔径接近于1且耦合效率也较高的新型波导结构。
如图3所示，波导结构包括光子晶体30，光子晶体30置于背景介质40中，背景介质40可以是空气、水、二氧化硅等均匀的电介质。光子晶体30具有用于接收外界电磁波的电磁波射入面P31，光子晶体被配置为在工作频率下传输第一模式的电磁波，还被配置为在工作频率下光子晶体30的等效阻抗与背景介质的阻抗相匹配；并且，在工作频率下，光子晶体30的等频率曲线与背景介质40的等频率曲线不相交。外界电磁波在入射至光子晶体时，会在光子晶体内部激发出相应的模式的电磁波进行传输，从而在工作频率下，外界电磁波入射至光子晶体后即激发出第一模式的电磁波进行传输。
通过在工作频率下使光子晶体30的等频率曲线与背景介质40的等频率曲线不相交，可使不同方向入射的外界电磁波均能在光子晶体30中激发出第一模式的电磁波后被限制在光子晶体30中传输，从而具备接近于1的大数值孔径。
需要指出的是，工作频率是指使电磁波能被限制在光子晶体中传输的外界电磁波的频率，当不同频率的外界电磁波均能被限制在光子晶体中传输时，上述不同频率均可认为是光子晶体的工作频率，即工作频率可以具有多个。电磁波的模式则是指在给定边界条件下可独立存在的确定的电磁场分布规律。等频率曲线则反映了电磁波在介质中传播时，电磁波的波矢与不同频率间的对应关系。
以图3所示为例，x方向为电磁波射入面P31的法线方向(也即光子晶体30的轴线方向)，y方向为垂直于电磁波射入面P31的法线的方向，z方向垂直纸面向外。由于光子晶体30的等频率曲线与背景介质40的等频率曲线不相交，从而θ角入射的外界电磁波在光子晶体30中激发出第一模式的电磁波后被限制光子晶体30中并整体沿x方向传输。
另外，通过在工作频率下，使光子晶体30的等效阻抗与背景介质的阻抗相匹配，有利于使光子晶体30与空气的耦合效率大于或等于90％。其中耦合效率表示电磁波的能量传递效率，可以表现为透射率，入射角度表示电磁波入射到电磁波射入面P31时与电磁波射入面P31的法线所成的夹角。由于光子晶体是周期性的人工材料，从而可依据对应的适用条件，通过MaxwellGarnett(麦克斯韦-格内特)理论、Bruggeman(布拉格曼)理论等计算其有效参数，例如根据光子晶体30中的最小重复单元的相对介电常数、相对磁导率、体积占空比等可以计算出光子晶体的有效相对介电常数、有效相对磁导率以及等效阻抗。背景介质由于是均匀的电介质，从而其阻抗可依据所选的具体材料查阅相关技术资料获得。
上述波导结构，通过使光子晶体30的等频率曲线与背景介质40的等频率曲线不相交，可捕捉不同角度入射的外界电磁波，并可将光子晶体30内激发的第一模式的电磁波限制在光子晶体30中传输，从而使波导结构具备接近于1(背景介质为空气时)的大数值孔径；另外，通过控制光子晶体30在工作频率下的等效阻抗与背景介质40的阻抗相匹配，可以使电磁波在入射时具备较高的耦合效率；除此之外，上述波导结构突破性地将光子晶体作为“芯层”进行电磁波传输，有利于在实现大数值孔径以及高耦合效率的同时，使波导结构具备一定的结构强度，不易损坏断裂，从而能够应用至复杂环境和长距离的信号传输。
可以理解的是，实际制备过程中，受限于工艺条件的限制，采用光子晶体30制备的波导结构30的数值孔径也有可能小于1，即处于0.8至1的范围内，而这不应理解为超出了本发明的保护范围或是对本发明的限制。
在一实施例中，光子晶体由至少两种具有不同介电常数的电介质材料沿电磁波射入面P31的法线方向以最小重复单元周期排列形成。以图5所示为例，该光子晶体由第一电介质材料301和第二电介质材料302沿电磁波射入面P31的法线方向(即x方向)以最小重复单元300的形式周期排列形成。更具体的，最小重复单元300包括两个第一电介质材料301和一个第二电介质材料302，第二电介质材料302设于两个第一电介质材料301之间，第一电介质材料301的介电常数小于第二电介质材料302的介电常数。通过将较高介电常数的电介质材料设置在最小重复单元300的中心，可以使电磁波在第二电介质材料302中形成较强的电磁共振模态来匹配空气中的电磁波，并且，将具有较低介电常数的第一电介质材料301设于最小重复单元300的两侧，有利于实现外界电磁波和第二电介质材料302中的电磁波共振模态的平滑过渡和完美匹配。如此，便能在外界电磁波入射时使光子晶体30与空气实现宽频且近乎全角度的阻抗匹配。
优选的，图4所示的光子晶体30中，第一电介质材料301和第二电介质材料302以“ABA”的结构形成最小重复单元300，其中A表示第一电介质材料301，B表示第二电介质材料302，最小重复单元300中A与B在x方向上的分布长度比为0.28:0.44:0.28，A的相对介电常数为4，B的相对介电常数为12。从而通过仿真可以得到光子晶体30的等频率曲线图，如图5所示。其中，横轴表示传播常数，纵轴表示电磁波垂直于传播常数方向上的波矢，当背景介质40为空气时，通过选择在工作频率下与空气的等频率曲线不相交的等频率曲线，即可使波导结构具备接近于1的数值孔径。图5中显示的工作频率为归一化频率fa/c＝0.2448，其中a表示晶格常数，c表示真空中的光速，例如当a取1mm时，对应的实际工作频率为73.4GHz。进一步的，在fa/c＝0.2448的归一化频率下，如图6所示，入射角度α1从0°变化到89°时，无论最小重复单元在x方向上的周期数N变为15或20或30或50，电磁波的透射率均保持在97％以上，表示该光子晶体30具备极高的耦合效率。
在另一具体实施例中，如图7所示，光子晶体30包括多个阵列排布的最小重复单元300，最小重复单元300包括：第一电介质材料301；第二电介质材料302，第二电介质材料302设置在第一电介质材料301内，第二电介质材料302的介电常数与第一电介质材料301的介电常数不同。
以图7和图8所示为例，最小重复单元320以5×5的阵列形式排布，第一电介质材料301的中心与第二电介质材料302的中心重合，第一电介质材料301在x方向上的长度为a，y方向上的长度为b＝0.6a，第二电介质材料302在x方向上的长度为0.6a，y方向上的长度为0.4a。优选的，第一电介质材料301的介电常数小于第二电介质材料302的介电常数。具体的，第一电介质材料301的相对介电常数可以为1，第二电介质材料302的相对介电常数可以为12，a可取6mm，从而通过仿真可以得到光子晶体30的等频率曲线图。如图9所示，当背景介质40为空气时，通过选择与空气的等频率曲线(灰实线)不相交的等频率曲线(黑实线)，即可使波导结构具备接近于1的数值孔径。
进一步的，通过绘制光子晶体30的等阻抗曲线图(反映波矢与阻抗匹配的曲线图)，可以获知光子晶体30的阻抗匹配频率。具体的，如图10所示，白色虚线框示出了实现耦合效率大于或等于90％的阻抗差异范围以及对应的波矢取值范围，对应到图9，可以获知光子晶体32能够实现阻抗匹配的工作频率范围。其中，当工作频率取14.8GHz(黑实线示出)时，光子晶体30的等频率曲线与空气的等频率曲线几乎等高(即在纵轴上两条等频率曲线的投影几乎重合)，从而可实现最佳的阻抗匹配效果(即在全角度范围内实现耦合效率接近100％)，如图11所示。从图11可以看到，当入射角度α2从0°变化到75°时，无论最小重复单元在x方向上的周期数N变为6或7或8或20，透射率均保持在90％以上。
值得一提的是，随着尺寸的等比例变化，光子晶体30对应的工作频率也会相应地扩展到其他波段。例如，当a取6mm时，光子晶体30的最佳工作频率为14.8GHz，处于微波波段；而当a取6μm时，光子晶体30的最佳工作频率对应为14.8THz，处于太赫兹波段附近；而当a取200nm时，光子晶体30的最佳工作频率对应在444THz附近，处于可见光波段。因此，本发明的波导结构还具备全波段适用的优异性能。
在一优选实施例中，光子晶体30沿垂直于电磁波射入面P31的法线的方向具有一预设厚度，光子晶体30还被配置为在工作频率下传输第二模式的电磁波。当光子晶体30在y方向上的厚度增加时，能传播的电磁波模式也会增加，例如当光子晶体30的厚度为4b时，光子晶体30在工作频率下传播一种模式的电磁波，如图12的(a)图所示；当光子晶体30的厚度为5b时，光子晶体30可在工作频率下传播两种模式的电磁波，可分别记为第一模式的电磁波和第二模式的电磁波，如图12的(b)图所示。当然，厚度继续增加的话，工作频率下能传输的电磁波模式也会更多。
本申请还提供一种波导结构的制备方法。该制备方法包括：
S100、提供处于预设频率范围的外界电磁波；
S200、提供具有第一参数的光子晶体，光子晶体具有用于接收外界电磁波的电磁波射入面；
S300、调整光子晶体的参数，以使在预设频率范围内，光子晶体的等频率曲线与背景介质的等频率曲线不相交，及光子晶体的等效阻抗与背景介质的阻抗相匹配，形成具有第二参数的光子晶体；其中，参数包括光子晶体的有效相对介电常数和有效相对磁导率。
背景介质可以是空气、水、二氧化硅等均匀的电介质。另外，由于光子晶体是周期性的人工材料，从而可依据对应的适用条件，通过MaxwellGarnett(麦克斯韦-格内特)理论、Bruggeman(布拉格曼)理论等计算其有效参数，例如根据光子晶体30中的最小重复单元的相对介电常数、相对磁导率、体积占空比等可以计算出光子晶体的有效相对介电常数、有效相对磁导率以及等效阻抗，即光子晶体的有效相对介电常数和有效相对磁导率与其最小重复单元的相对介电常数、相对磁导率、体积占空比等参数有关，等效阻抗也可通过有效相对介电常数和有效相对磁导率计算得到。背景介质由于是均匀的电介质，从而其阻抗可依据所选的具体材料查阅相关技术资料获得。
上述波导结构的制备方法，有利于在预设频率范围内实现不同角度入射的外界电磁波的有效捕捉，并可将光子晶体内激发的电磁波限制在光子晶体中传输，从而使波导结构具备接近于1(外界电磁波由空气入射时)的大数值孔径；上述制备方法还可使电磁波在入射时具备较高的耦合效率；除此之外，上述制备方法突破性地将光子晶体作为“芯层”进行电磁波传输，有利于在实现大数值孔径以及高耦合效率的同时，使波导结构具备一定的结构强度，不易损坏断裂。
本申请还提供一种如前文所述的波导结构的应用。前述波导结构可用于捕捉入射角大于等于0°且小于90°的外界电磁波。
上述波导结构的应用，可用于捕捉入射角大于等于0°且小于90°的外界电磁波，有利于不同方向入射的外界电磁波的有效传输。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种波导结构，其特征在于，包括：
光子晶体，具有用于接收外界电磁波的电磁波射入面，所述光子晶体被配置为在工作频率下传输第一模式的电磁波，还被配置为在所述工作频率下所述光子晶体的等效阻抗与背景介质的阻抗相匹配；
并且，在所述工作频率下，所述光子晶体的等频率曲线与背景介质的等频率曲线不相交。
2.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述光子晶体由至少两种具有不同介电常数的电介质材料沿所述电磁波射入面的法线方向以最小重复单元周期排列形成。
3.根据权利要求2所述的波导结构，其特征在于，所述最小重复单元包括两个第一电介质材料和一个第二电介质材料，所述第二电介质材料设于所述两个第一电介质材料之间，所述第一电介质材料的介电常数小于所述第二电介质材料的介电常数。
4.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述光子晶体包括多个阵列排布的最小重复单元，所述最小重复单元包括：
第一电介质材料；
第二电介质材料，所述第二电介质材料设置在所述第一电介质材料内，所述第二电介质材料的介电常数与所述第一电介质材料的介电常数不同。
5.根据权利要求4所述的波导结构，其特征在于，所述第二电介质材料的中心与所述第一电介质材料的中心重合，所述第一电介质材料的介电常数小于所述第二电介质材料的介电常数。
6.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述光子晶体沿垂直于所述电磁波射入面的法线的方向具有一预设厚度，所述光子晶体还被配置为在所述工作频率下传输第二模式的电磁波。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的波导结构，其特征在于，所述光子晶体对0°～75°入射的电磁波的耦合效率大于或等于90％。
8.一种波导结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供处于预设频率范围的外界电磁波；
提供具有第一参数的光子晶体，所述光子晶体具有用于接收所述外界电磁波的电磁波射入面；
调整所述光子晶体的参数，以使在所述预设频率范围内，所述光子晶体的等频率曲线与背景介质的等频率曲线不相交，及所述光子晶体的等效阻抗与背景介质的阻抗相匹配，形成具有第二参数的光子晶体；
其中，所述参数包括光子晶体的有效相对介电常数和有效相对磁导率。
9.根据权利要求8所述的波导结构的制备方法，其特征在于，所述第二参数的光子晶体沿垂直于所述电磁波射入面的法线的方向具有一预设厚度，被配置为在所述预设频率范围内传输多种模式的电磁波。
10.一种如权利要求1-7中任一项所述的波导结构的应用，其特征在于，用于捕捉入射角大于等于0°且小于90°的外界电磁波。
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