[发明专利]一种产生时间振荡等离子体光子晶体的方法及其专用装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种产生具有随时间振荡的等离子体光子晶体的方法及装置，属于等离子体应用技术领域和光学领域。

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带状结构，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。因此，设计一种能够实现自行调节禁带宽度及位置的光子晶体，是人们所迫切需要的。

CN101013163公开了一种产生等离子体光子晶体的方法，该方法是通过专用的发生装置制造的。该装置包括有对称设置的两个密闭电介质容器，两个容器中间设置放电间隙，容器内设置放电电极引线，容器内注入水形成放电电极。通过改变放电条件(包括外加电压的频率、幅度以及放电间隙边界的形状及纵横比)，由此生产出晶格常数不同的等离子体光子晶体。该等离子体光子晶体能够阻止某些频率光的传播，具有频率选择性光开关的作用。如果固定放电条件，该方法所产生的等离子体光子晶体的禁带位置及宽度是固定的。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种产生时间振荡等离子体光子晶体的方法及其专用装置，这样无需改变放电条件就可使等离子体光子晶体的禁带位置及宽度随时间连续变化。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

本发明所提供的产生时间振荡等离子体光子晶体的方法包括以下步骤：

(a)在真空罐内设置放电装置，将氩气与空气的混合气体与水蒸气混合后进入真空罐及放电装置中的放电间隙中；

(b)改变放电装置的放电条件，由此使等离子体光子晶体结构从静止变为随时间振荡的六边形超点阵结构。

本发明方法中所述的放电间隙可选用玻璃作介质材料，也可以选用石英作介质材料。

当本发明方法中所述的放电间隙形状是由玻璃制作的六边形的边界；其放电条件为电压幅度4-5kV，放电频率55kHz，气隙气压为0.7-1大气压，放电间隙内的氩气含量变化范围控制在96-100％。

当本发明方法中所述的放电间隙形状是由石英制作的六边形的边界；其放电条件为电压幅度4-5kV，放电频率55kHz，气隙气压为0.8-1大气压，放电间隙内的氩气含量变化范围控制在98-99％。

本发明所提供的生产制造上述等离子体光子晶体的专用装置，包括有真空罐，真空罐内设有加湿喷雾装置和放电装置；所述的放电装置设置两个密闭电介质容器，两个容器中间设置放电间隙，容器内设置放电电极引线，容器内注入水形成放电电极；所述的真空罐上设有进气管，进气管的出口端与加湿喷雾装置相连接，加湿喷雾装置的喷雾口与放电装置中的放电间隙相对应。

本发明方法所生产的等离子体光子晶体，其放电间隙是石英或玻璃制成的正六边形结构，其晶格由两种粗细不同的等离子体放电通道周期性排列，构成可随时间振荡的六边形超点阵结构；其中粗等离子体通道外围包裹有圈晕，细等离子体通道在邻近的两个粗等离子体通道之间振动。这些等离子体通道自组织成周期性排列，形成了随时间振荡的等离子体光子晶体结构。

本发明方法中所述的石英或玻璃的厚度选择1.6-2.2mm为佳。

本发明方法所提供的等离子体光子晶体其晶体形成后，无需任何条件，晶格结构会做时空周期性变化，使光子禁带的位置及宽度连续变化，因而其具有光调制器的作用，由此可自如控制光子禁带结构，亦能很方便地对电磁波实施时空控制；其具有放电条件更为宽泛、无需改变放电条件就能够自主调节禁带位置及宽度的优点，应用领域更为广泛。

本发明方法的创新之处在于将氩气与空气的混合气体，首先与水蒸气充分混合，由此大大增加了真空罐内混合气体的湿度，当其进入放电间隙、改变放电装置的放电条件时，由此产生的等离子体光子晶体，其晶格结构即从静止变为随时间振荡。再则，本发明方法将所述的放电间隙的边界是由四边形改为六边形，由此更利于六边形超点阵结构晶体的形成。本发明方法还具有便于操作、所制产品性能稳定的优点。

附图说明

图1是本发明专用生产装置的结构示意图，其中1真空罐，2液体电极，3放电电极引线，4放电间隙，5加湿喷雾装置，6进气管道。

图2是本发明等离子体光子晶体的横截面结构示意图。