CN1666137A - 电可配置光子晶体 - Google Patents

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Abstract

通过在液晶内建立偏置液晶区域的网络，将液晶配置为光子晶体。液晶位于包括电极板和玻璃板的介电平面，和包括玻璃板和多个电极像素的介电平面之间。通过在电极板和其中一个或多个电极像素之间选择性地施加一个或多个电位来建立网络。

Description

电可配置光子晶体
本发明通常涉及采用光子晶体的各种设备。本发明具体涉及控制电磁波与利用液晶的介质的相互作用。
本领域中公知的光子晶体定义为空间域，其限制了电介质或磁性材料特性的重复性的空间分布。在光子晶体中界定的光子能量分布描绘了具有作为传播模式特征的形状的“能量带”，这些传播模式即对于选择性反射、透射和吸收以光或电磁波形式穿过光子晶体的能量传播。能量带的形状是光子晶体的重复性空间介电分布的函数。因此，重复性空间介电分布中的变化改变了能量带隙的形状，由此建立了光子晶体的不同传播模式。
本发明是在多种传播模式中电可配置的光子晶体。本发明的各个方面都是具有新颖性的、非显而易见的、并且提供了各种优点。尽管这里涵盖的本发明的实际特点仅仅参考附属权利要求所确定，但是作为这里所公开实施例的特征的某些特征将如下进行简要描述。
根据本发明的电可配置光子晶体包括液晶、电极板和多个电极像素。以一种形式，电极板和电极像素可操作为响应于在电极板和一个或多个电极像素之间选择性施加一个或多个电位，来配置液晶为光子晶体。以第二种形式，电极板和一个或多个电极像素之间的电相互作用建立液晶中的一个或多个偏置液晶区域。以第三种形式，电极板和第一电极像素可操作为响应于在电极板和该第一电极像素之间施加第一电位，来建立液晶中的偏置液晶区域。
本发明的前述形式以及其他形式、特征和优点将通过下面的当前优选实施例的详细描述、并结合附图进行说明而变得更加明显。详细的描述和附图仅仅是说明本发明而非限制本发明，本发明的范围由其附属权利要求和等价物所限定。
图1示出了根据本发明的电磁波相互作用设备的一个实施例的侧视图；
图2示出了图1的电磁波相互作用设备的底视图；
图3示出了图1的电磁波相互作用设备的顶视图；
图4示出了根据本发明，将图1的电磁波相互作用设备配置为电可配置光子晶体的第一配置的侧视图；
图5示出了图4的电可配置光子晶体的顶视图；
图6示出了对于图4的电可配置光子晶体，归一化的电磁能量态密度对归一化的频率分布的示例性图表表示；
图7示出了根据本发明，将图1的电磁波相互作用设备配置为电可配置光子晶体的第二配置的侧视图；
图8示出了图7的电可配置光子晶体的顶视图；
图9示出了对于图7的电可配置光子晶体，归一化的电磁能量态密度对归一化的频率分布的示例性图表表示；
图1-3示出了本发明的电磁波相互作用设备10。图1-3中包含了笛卡尔系统以便于描述电磁波相互作用设备10，因此并非限制根据本发明的电磁波相互作用设备10的范围。
电磁波相互作用设备10具有第一介电平面20和第二介电平面21。第一介电平面20由电极板30(例如，铝)和玻璃板40(例如，二氧化硅)限定。第二介电平面21由玻璃板41(例如，二氧化硅)和9×9的电极像素51a-59i(例如，铝)的方矩阵限定。电磁波相互作用设备10还包括位于介电平面20和21之间的液晶60。本领域普通技术人员可以理解，电磁波相互作用设备10可以按常规方式进行制造。
在一个实施例中，介电平面20和21之间的距离dc为0.7μm，而电极板30、玻璃板40和41、以及电极像素51a-59i的介电厚度为0.15μm。而且，每个电极像素51a-59i具有半径r 0.15μm，相邻像素51a-59i的中心之间的距离为1.5μm。图1-3中描绘的电磁波相互作用设备10大致按比例画出，以便反映前述尺寸。
电磁波相互作用设备10的替换实施例可以采用更多或更少的电极像素和/或采用介电平面21中不同的电极像素排列(例如，六边形基本单元、矩形基本单元、菱形基本单元等等)。此外，电磁波相互作用设备10的替换实施例可以采用更多的电极板30。因此，本领于普通技术人员将会理解，根据本发明的电磁波相互作用设备10的介电平面的结构化实施例的数目实质上是没有限制的。
仍旧参考图1-3，液晶60可以配置为光子晶体，其可操作用于分别选择性地反射、透射和吸收由液晶60所接收的±X和/或±Y方向上的电磁波传播，诸如，以光或电磁波形式的电磁(“EM”)波。将液晶60配置为光子晶体是基于，以在电极板30和每个电极像素51a-59i之间选择性地施加电位的形式，在电极板30和一个或多个电极像素51a-59i之间的电相互作用。下面的表1列出了涉及相应的电极像素51a-59i的电压形式的电位：
表1
  V51a   V51b   V51c   V51d   V51e   V51f   V51g   V51h   V51i
  V52a   V52b   V52c   V52d   V52e   V52f   V52g   V52h   V52i
  V53a   V53b   V53c   V53b   V53e   V53f   V53g   V53h   V53i
  V54a   V54b   V54c   V54d   V54e   V54f   V54g   V54h   V54i
  V55a   V55b   V55c   V55d   V55e   V55f   V55g   V55h   V55i
  V56a   V56b   V56c   V56d   V56e   V56f   V56g   V56h   V56i
  V57a   V57b   V57c   V57d   V57e   V57f   V57g   V57h   V57i
  V58a   V58b   V58c   V58d   V58e   V58f   V58g   V58h   V58i
  V59a   V59b   V59c   V59d   V59e   V59f   V59g   V59h   V59i
图4和5示出了通过在电极板30和各个电极像素之间施加表1列出的每个电位，将液晶60(图1-3)配置为光子晶体的示例性配置，其中每个电位V51a-V59i可以具有相同的幅度、不同的幅度、或编组为一个单元(即，相同幅度的电位V51a-V59i的子集)。电位V51a-V59i的生成导致了形成偏置的液晶区域61a-69i的网络，用于选择性地反射、透射和吸收±X和/或±Y方向上的光或电磁波形式的电磁能量流，诸如图5中所示的EM波。偏置的液晶区域61a-69i的网络进行的选择性地反射、透射和吸收电磁能量流的操作，是基于由该网络建立的液晶60的重复性介电恒定分布。
图6示出了对于光子晶体11，归一化的电磁能量态密度对归一化的频率分布的示例性图表表示。不同能带的带宽(即，当态密度等于零时的频率范围)是由该网络建立的液晶60的介电恒定分布的幅度的函数，其是不同电位V51a-V59i的电压电平的函数。
图7和8示出了通过在电极板30和各个电极像素之间施加下表2列出的每个电位，将液晶60(图1-3)配置为光子晶体的另一示例性配置。
表2
  V51a   V51b   V51c   V51d   V51e   V51f   V51g   V51h   V51i
  V52a   V52b   V52c   V52d   V52e   V52f   V52g   V52h   V52i
  V53a   V53b   V53c   V53d   V53e   V53f   V53g   V53h   V53i
  V54a   V54b   V54c   V54d   V54e   V54f   V54g   V54h   V54i
  V55f   V55g   V55h   V55i
  V56a   V56b   V56c   V56d   V56f   V56g   V56h   V56i
  V57a   V57b   V57c   V57d   V57f   V57g   V57h   V57i
  V58a   V58b   V58c   V58d   V58f   V58g   V58h   V58i
  V59a   V59b   V59c   V59d   V59f   V59g   V59h   V59i
再次地，电位V51a-V54i、V55f-V56d、V56f-V57d、V57f-V58d、V58f-V59d和V59f-V59i可以具有相同的幅度、不同的幅度、或编组为一个单元(即，相同幅度的电位V51a-V59i的子集)。
施加表2列出的电位导致了偏置液晶区域61a-64i、65f-66d、66f-67d、67f-68d、69f-69d和69f-69i的有缺陷网络的形成。有缺陷网络选择性地反射、透射和吸收±X和/或±Y方向上的光或电磁波形式的电磁能量流，诸如图8中所示的EM波。有缺陷网络进行的选择性地反射、透射和吸收电磁能量流的操作，是基于由该有缺陷网络建立的液晶60的非一致性空间介电分布。
图9示出了对于光子晶体12，归一化的电磁能量态密度对归一化的频率分布的示例性图表表示。不同能带的带宽(即，当态密度等于零时的频率范围)是由该网络建立的液晶60的介电恒定分布的幅度的函数，其是表2列出的不同电位的电压电平的函数。
从将液晶60配置为光子晶体的示例性配置的前述描述中，本领域技术人员将会理解根据本发明的电磁波相互作用设备的各种益处和优点。第一个优点是，将液晶60配置为光子晶体的数目和在电极板30与一个或多个电极像素51a-59i之间施加的不同电位所建立的幅度范围成比例。因此，将液晶60配置为光子晶体的数目随着电位的幅度范围增加而增加，反之亦然。
第二个优点是，当通过对应于所建立的偏置液晶区域的网络而选择性地改变局部对比率，从而工作为光子晶体时，调谐液晶60的能带的带宽。该调谐可以通过增加和/或减小在建立该网络的电极像素51a-519i和电极板30之间的电位幅度来实现。可替换地或者同时地，该调谐可以通过在电极板和电极像素51a-519i之间施加更大或更小的电位，从而增加或减小所建立的偏置液晶区域的数目来实现，其将改变液晶60的空间介电分布。
尽管这里公开的本发明的实施例当前被认为是优选的，但是还可以进行各种变化和修改而不脱离本发明的精神和范围。本发明的范围在附属权利要求中表示，落入等价物含义和范围内的所有变化都意指包含在其中。

Claims (12)

1.一种电磁波相互作用设备，包括：
液晶；
电极板；和
多个电极像素，
其中所述电极板和所述多个电极像素可操作为响应于在所述电极板和其中一个或多个电极像素之间选择性施加一个或多个电位，来配置液晶为光子晶体。
2.根据权利要求1的电磁波相互作用设备，
其中所述电极板限定第一介电平面；
其中所述多个电极像素限定第二介电平面；以及
其中所述液晶位于该第一介电平面和第二介电平面之间。
3.根据权利要求2的电磁波相互作用设备，进一步包括：
玻璃板，其中所述玻璃板和所述电极板共同地限定第一介电平面。
4.根据权利要求2的电磁波相互作用设备，进一步包括：
玻璃板，其中所述玻璃板和所述多个电极像素共同地限定第二介电平面。
5.一种电磁波相互作用设备，包括：
液晶；
电极板；和
多个电极像素，
其中所述电极板和一个或多个所述多个电极像素之间的电相互作用进行操作，以便建立所述液晶内的偏置液晶区域的网络。
6.根据权利要求5的电磁波相互作用设备，
其中所述电极板限定第一介电平面；
其中所述多个电极像素限定第二介电平面；以及
其中所述液晶位于该第一介电平面和第二介电平面之间。
7.根据权利要求6的电磁波相互作用设备，进一步包括：
玻璃板，其中所述玻璃板和所述电极板共同地限定第一介电平面。
8.根据权利要求6的电磁波相互作用设备，进一步包括：
玻璃板，其中所述玻璃板和所述多个电极像素共同地限定第二介电平面。
9.一种电磁波相互作用设备，包括：
液晶；
电极板；和
多个电极像素，
其中所述电极板和第一电极像素可操作为响应于在所述电极板和所述第一电极像素之间施加第一电位，来建立所述液晶内的第一偏置液晶区域。
10.根据权利要求9的电磁波相互作用设备，
其中所述电极板限定第一介电平面；
其中所述多个电极像素限定第二介电平面；以及
其中所述液晶位于该第一介电平面和第二介电平面之间。
11.根据权利要求10的电磁波相互作用设备，进一步包括：
玻璃板，其中所述玻璃板和所述电极板共同地限定第一介电平面。
12.根据权利要求11的电磁波相互作用设备，进一步包括：
玻璃板，其中所述玻璃板和所述多个电极像素共同地限定第二介电平面。
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