[发明专利]产生电子密度可调制型的等离子体光子晶体的装置及方法

说明书

本发明提供了一种产生电子密度可调制型的等离子体光子晶体的装置及方法。所述装置包括真空反应室、信号采集器、气体比例调节装置、气体预混室和计算机。向真空反应室内通入气体比例可调的放电气体，可产生可调制型的等离子体光子晶体；通过调节外加电压，能够得到一系列等离子体光子晶体，方便可调；所产生的等离子体光子晶体放电情况不同，电子密度不同。本发明通过设置信号采集器、气体比例调节装置和计算机，可以实时监控电子密度，还可以反向调节，即：根据电子密度计算出气体体积比，由气体比例调节装置调制出符合要求的气体比例，从而得到想要的等离子体光子晶体。这种实现可调可控性的等离子体光子晶体具有重要的研究意义。

技术领域

本发明涉及等离子体应用以及光学技术领域，具体地说是一种产生电子密度可调制型的等离子体光子晶体的装置及方法。

背景技术

作为一种新型的光子晶体，等离子体光子晶体近年来受到国内外学者的广泛关注，并有望被应用于滤波器、光开关、等离子体透镜、等离子体隐身等众多电磁波控制领域。等离子体光子晶体是由等离子体自身密度的周期性分布或者同其他介电材料交错排列形成的周期性结构。它不仅具有常规光子晶体的带隙结构，实现对某一波段光传播的控制，而且最突出的优势是具有能带结构的时空可调性。人们可以通过调节外加驱动，改变等离子体参数，进而改变等离子体光子晶体的带隙结构，实现对不同波段电磁波的控制。而对于常规的光子晶体，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。此外，等离子体光子晶体还具有反常折射特性。等离子体光子晶体的折射率是入射电磁波频率的函数，折射率在一定的频率下小于1甚至小于0，因而可作为超透镜控制光传播，具有诱人的应用前景。基于以上特点，等离子体光子晶体自2004年被首次提出以来，成为国内外学者关注的一大热点。

介质阻挡放电(DBD)又称无声放电，是一种典型的非平衡态交流气体放电，它通常是由两个平行电极组成，其中至少在一个电极表面覆盖上电介质。介质阻挡放电广泛应用于等离子显示、发光及臭氧合成等诸多工业领域，并有望应用于信息处理、材料的局域生长等方面。介质阻挡放电是产生等离子体光子晶体的一项重要方法。在以往研究中，利用两个平板液体电极介质阻挡放电装置，在几十kHz频率交流外加电压下，通过放电丝的非线性自组织获得了丰富对称性等离子体光子晶体结构。但是，这类装置对于产生的等离子体光子晶体的可调控制性并不太理想。

发明内容

本发明的目的就是提供一种产生电子密度可调制型的等离子体光子晶体的装置及方法，以解决现有装置难以实现对等离子体光子晶体灵活调节控制的难题，本申请产生的等离子体光子晶体具有时空可调性，且可以实时监控电子密度，并通过结果反馈，反向可得到想要的等离子体光子晶体。

本发明是这样实现的：一种产生电子密度可调制型的等离子体光子晶体的装置，包括真空反应室、信号采集器、气体比例调节装置、气体预混室和计算机；

在所述真空反应室内设有两个水电极，在两个水电极之间设有一固体边框，在固体边框的内部区域均匀排布有若干通孔；在所述真空反应室外设有等离子体发生电源；当等离子体发生电源的电压达到气体击穿阈值时，在两个水电极间的放电区域内产生等离子体光子晶体；

所述信号采集器用于采集真空反应室内所产生的等离子体光子晶体的光信号，并把所采集到的光信号传输至计算机；所述计算机用于根据所接收到的光信号计算等离子体光子晶体的电子密度以及带隙，并判断等离子体光子晶体的位置及带宽是否满足需求，若是，则得到特定位置带宽的等离子体光子晶体，若否，则调节电子密度并计算出放电气体的体积比；所述气体比例调节装置用于根据计算机所输出的放电气体的体积比对放电气体进行调制，所述气体预混室用于对由所述气体比例调节装置输出的放电气体进行充分混合，混合后的放电气体充入所述真空反应室内；所述放电气体是空气和氩气的混合气体。

所述信号采集器可以为光谱仪，也可以由滤光片以及光电倍增管构成。