[发明专利]一种级联等离子体光子晶体结构的全方位反射器

说明书

本发明涉及一种基于等离子体材料的准周期级联结构的全方位反射器。它由Fibonacci准周期结构和Thue‑Morse准周期结构级联构成。沿光入射方向依次为3个周期的按3阶Fibonacci序列排列的A和P的多层结构（以(F₃)³表示，上标3和下标3分别为Fibonacci序列的周期和阶数）及2个周期的按2阶Thue‑Morse序列排列的B和P`的多层结构（以(T<sub>2</sub>)<sup>2</sup>表示，上标2和下标2分别为Thue‑Morse序列周期和阶数），其中A，B为不同折射率的光学薄膜介质，P和P`为等离子体材料层。本发明结构的全方位反射器具有结构简单、层数少和非常宽的全方位带隙宽度等突出特点。

技术领域

本发明涉及一种一维等离子体光子晶体的异质结构，特别是一种级联等离子体光子晶体结构的全方位反射器，主要用于光学系统中的全方位反射器。

背景技术

自从1987年，John和Yablonovitch提出光子晶体概念以来，经历多年的发展，光子晶体已经成为光电子学科一个发展迅速的研究领域。光子晶体是一类晶格单元与入射波长具有同一量级的周期性人工微结构介质，光在光子晶体中传播时会与光子晶体的周期结构发生相互作用从而产生带隙。利用光子晶体的带隙可以十分方便地控制光波的传播，其应用潜力在各种领域都展现出来，已被用于滤波器、偏振器、光开关等各个方面。通过合理的设计，光子晶体将具有在任何入射角度对横电波和横磁波都禁止的光子帯隙，具有这一特性的光子晶体被称为全方位反射器。获得更宽的全方位光子带隙是研究者努力追求的目标。

与二维和三维光子晶体比较，一维光子晶体具有结构简单，易于制备等特点，因而成为人们研究较多的一种光子晶体结构。一维光子晶体结构的全方位反射器目前主要采用新颖的结构和新颖的材料，如加入等离子体材料的级联结构、准周期结构等实现。

在先技术[1](参见Optik，2013，124：751–756) 提出了一种基于等离子体材料的级联结构，该级联结构可表示为(AB)²⁰/(AP)²⁰结构（其中A、B为不同折射率的光学薄膜介质，P为等离子体材料层）。基于该级联结构得到了5.07GHz全方位带隙。可见，全方位带隙的宽度有限，有待进一步提高，且结构过于复杂（其光子晶体层数为80层），不利于该结构实际的制作和应用。

在先技术[2](参见Solid State Communications，2013，174：19-25)提出了一种基于等离子体材料的新的Thue-Morse结构。该结构使用A、B、P三种材料，其中A、B为不同折射率的光学薄膜介质，P为等离子体材料层，并且其Thue-Morse序列T₀={PABP}、T₁={PABPP}。该在先技术基于5阶的Thue-Morse准周期结构得到了4.37GHz的全方位带隙。但该结构过于复杂（80层），全方位带隙宽度也有待于进一步提高。

在先技术[3](参见Physics Of Plasma，2012，19：112102 )提出了一种基于等离子体材料的新的Fibonacci准周期结构。该结构使用A、B、P三种材料，其中A、B为不同折射率的光学薄膜介质，P为等离子体材料层；Fibonacci序列S₀={P}、S₁={PABP}。该在先技术基于10阶的Fibonacci准周期结构得到了5.88GHz的全方位带隙，但是该结构同样过于复杂（191层），并且该全方位带隙宽度还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提出一种级联等离子体光子晶体结构的全方位反射器，具有结构简单、层数少、全方位带隙宽度显著提高等突出优点。