[发明专利]产生具有三种折射率的固体调制等离子体光子晶体的方法

说明书

本发明提供了一种产生具有三种折射率的固体调制等离子体光子晶体的方法。该方法包括如下步骤：在真空反应室内设两个水电极，水电极与等离子体发生电源电连接；在两个水电极间设固体边框，在固体边框的内部区域开若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开；向真空反应室内通入空气作为放电气体，调节放电气体的气压为0.1—0.4atm；闭合开关，可在放电间隙内产生等离子体、气体、固体棱周期性排列的具有三种折射率的固体调制等离子体光子晶体。本发明首次产生了具有三种折射率的固体调制等离子体光子晶体，能够阻止某些频率光的传播，起到频率选择性光开关作用，在工业领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及等离子体应用技术和光学技术领域，具体地说是一种产生具有三种折射率的固体调制等离子体光子晶体的方法。

背景技术

光子晶体又称光子禁带材料，是将两种不同介电常数的介质材料在空间按一定周期（尺寸在光波长量级）排列所形成的一种人造“晶体”结构。光子晶体的介电常数是空间的周期函数，若介电系数对光子的周期性调制足够强，在光子晶体中传播的光子能量也会有能带结构，带与带之间会出现光子“禁带”，频率落在禁带中的光子不能在晶体中传播。光子禁带的位置和形状取决于光子晶体中介质材料的折射率配比以及不同介电系数材料的空间比和“晶格”结构等。目前常规的光子晶体，一旦制作完成后，其光子禁带位置也就确定，即可选择的光波段已经确定，如果想改变禁带位置，需要重新制作晶体，很难实现对电磁波的可调性控制。

作为一种新型的光子晶体，等离子体光子晶体相比于传统光子晶体的最大特点是其结构具有时空可调性，进而使其相应的光子带隙（Band gap）可调。人们可以通过调节等离子体光子晶体的晶格常数、介电常数、晶格对称性及时间周期等，改变其能带位置和宽度，进而使频率落入该带隙的光禁止传播，实现对光频率的选择和光传播的控制。基于以上特性，近年来等离子体光子晶体在滤波器、等离子体天线、光开关以及等离子体隐身等众多电磁波控制领域具有广泛的应用，受到人们的广泛关注。但作为一个典型的非线性现象，等离子体光子晶体对实验条件非常敏感。控制参数（气体成分、气体压力、施加电压和频率、电极几何形状和尺寸等）稍有改变，将会演变出不同的等离子体光子晶体。也就是说，等离子体光子晶体的不稳定性不利于未来的应用。

目前，常规等离子体光子晶体由等离子体斑图及气体交替排列构成。在先专利ZL200610102333.0中实现了由粗细等离子体通道及气体（即未放电区域处的气体）自组织形成的等离子体光子晶体；在先专利ZL201010523218.7中实现了由等离子体柱、等离子体片及气体（对应未放电区域）形成的等离子体光子晶体。然而，上述专利技术并未能实现利用固体调制来产生等离子体光子晶体。

发明内容

本发明的目的就是提供一种产生具有三种折射率的固体调制等离子体光子晶体的方法，以填补现有技术中尚未有利用固体调制来产生等离子体光子晶体的这一技术空白。

本发明的目的是这样实现的：一种产生具有三种折射率的固体调制等离子体光子晶体的方法，包括如下步骤：

a、设置一个真空反应室，并在所述真空反应室内安装两个水电极，同时将所述水电极与等离子体发生电源电连接；

b、在两个所述水电极之间设置一固体边框，所述固体边框所在平面与两个所述水电极的轴心线垂直；在所述固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开；所有通孔构成放电间隙；

c、向真空反应室内通入空气作为放电气体，并调节真空反应室内放电气体的气压为0.1—0.4 atm；

d、闭合开关，等离子体发生电源作用于两个所述水电极，即可在两个所述水电极间的放电间隙内产生等离子体，所产生的等离子体与放电间隙内未放电的气体以及固体棱周期性排列形成具有三种折射率的固体调制等离子体光子晶体。

优选的，步骤b中在所述固体边框的内部区域设置有9个大小相等、边长为8mm的正方形通孔。