一种isi结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置的制造方法
【技术领域】：
[0001 ] 本发明属于电磁防护技术领域，设及一种新型ISI (insulator-semiconductor-insulator,绝缘体-半导体-绝缘体)结构的二维光子晶体电磁福射防护装置，特别是一种 二维、软体、可更换的光子晶体结构，中间为高折射率材料构建的介质柱散射元，四周由低 折射率的软体材料填充和包围，根据电磁波模式(TE或TM)为单层、双层或多层ISI结构，结 构都具有较宽光子禁带，可与防腐等其他防护结合，便于实际采用。
【背景技术】：
[0002] 目前，雷达、天线等通讯设备W及坦克等武器装备，都涂有迷彩漆或套有迷彩衣， W达到防腐蚀和防侦查等目的，但是，还存在W下问题:一是雷达、天线等通讯设备的基座 会一定程度上吸收发射的电磁波，从而对其发射效率产生影响，特别是有些基座上有金属 材料时，影响很大;二是一些精密仪器，如信号源、传感器和微波通讯等，要禁止一些特殊频 率的电磁波(与仪器工作频率相近的电磁波）的干扰，但是有时无法有效屏蔽;Ξ是坦克、火 炮等武器装备有迷彩漆或套有迷彩衣色遮挡后，肉眼不宜发现，但是它们仍难W避开专口 电磁仪器的追踪，其本身由于运动或发射炮弹时溫度升高时，红外福射加强，易被专口电磁 仪器探测到。因此，有效地防止某些频率的电磁福射，不管在民用设备还是军工器材都是亟 待解决的问题。光子晶体结构具有特殊的性质，可设计某些特殊的光子晶体结构有效地应 用到运些方面，从而发挥起独特的作用。
[0003] 光子晶体不是特殊的晶体，而是近二十几年来出现的一种新型材料结构一周期性 变化的微纳结构。它最基本的特点是具有光子禁带，即某些特殊频率的电磁波不能在光子 晶体结构里传播。目前，光子晶体成为国内外物理、化学、材料、通信等领域研究的热点。理 论和技术都已经证明：光子晶体结构可W广泛用于反射镜、激光、波导、光纤、传感器和太阳 能等很多领域。光子晶体结构具有易于集成，可W通过设计结构来控制其禁带效果;光子晶 体结构属于无量纲结构，可W根据工作波长(或频率)的变化，对结构成比例的扩大或缩小， 因此应用广泛;一般的光子晶体结构工作环境没有特殊要求，可W在常溫下工作，也便于与 其它结构禪合或匹配等许多优势。
[0004] 光子晶体结构可W制作成微带传输线和天线，也可W用于红外隐身等许多方面。 但是现在研究中，除了一些二维或Ξ维天线结构，其他结构多为一维薄层结构，存在着:工 作带宽窄;功率容量小;损耗降低不理想;许多结构只考虑了电磁波的TE或TM模式)之一，没 有将二者统一考虑;多为一次性使用，无法随不同设备变形;没有考虑材料厚度和覆盖等实 际问题的影响。运些因素在一定程度上影响了相关光子晶体结构的实际应用。
[0005] 目前，常见的光子晶体结构是S0I( semiconductor-on-insulator，半导体在绝缘 体上）模式，很少采用ISI (insulator-semiconductor-insulator，绝缘体-半导体-绝缘体） 模式。也没有可W大面积实现的，根据电磁波(TE或TM模式)可W单层、双层或多层ISI结构， 而且是二维、软体、可更换、宽禁带、具有一定厚度的ISI光子晶体结构。如果能根据电磁波 传播模式(TE或TM模式），设计实用化的宽禁带光子晶体结构，并与其他防护结合，应用于提 高通讯效率、武器红外隐身和特殊频率防护等方面，会较大提高仪器设备在信息传输、传感 和隐身等器材的性能，也拓展了光子晶体结构在通信和军工等方面的应用。
【发明内容】
：
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种新型ISI结构的二维光子 晶体电磁福射防护装置，尤其是一种二维、软体、可更换、宽禁带、具有一定厚度的ISI光子 晶体结构，根据电磁波(TE或TM模式)设为单层、双层，甚至是多层的ISI结构，每层中间都是 由高折射率材料构建的介质柱散射元，四周由低折射率材料填充和包围，可与防腐等其他 防护结合，结构稳定，便于加工、规模生产和实际使用。
[0007] 为了实现上述目的，本发明的主体结构包括迷彩层、ISI整体结构和附着层，ISI整 体结构设置在迷彩层和附着层之间，迷彩层为迷彩漆或迷彩衣层，其中迷彩漆为粉刷的防 诱漆，迷彩衣层为套在ISI整体结构上的迷彩衣层，具有防水、防腐蚀和便于隐蔽等功能； ISI整体结构为单层、双层或多层ISI光子晶体结构，W保证在TE模式或TM模式下，ISI整体 结构有较大禁带的特性;附着层的材料为迷彩衣底层材料或魔术贴，使附着层与配套使用 的仪器设备相连。
[0008] 本发明所述ISI光子晶体结构包括上层绝缘体、半导体介质柱、中间绝缘体和底层 绝缘体;上层绝缘体和底层绝缘体之间设有均匀分布的半导体介质柱，半导体介质柱与上 层绝缘体和底层绝缘体之间的距离相等;半导体介质柱之间通过中间绝缘体填充，半导体 介质柱的层数根据实际需要确定为单层、双层或多层，半导体介质柱的高度大于2mm，厚度 大于5mm;半导体介质柱为双层或多层结构时，每层半导体介质柱的高度相同。
[0009] 本发明所述底层绝缘体、中间绝缘体和上层绝缘体均采用同种材料，包括密度较 大的聚乙締、？￥(：、？6、6￥4、硅胶、海绵和橡胶材料中的一种，运些材料需要满足^下条件:一 是折射率相对较低;二审结构稳定，能防水、耐酸碱腐蚀、耐光照和氧化;Ξ是为软体结构， 能适度弯曲；四是便于微加工、压印模技术、热压成型、打孔或切割等加工;五是便于迷彩漆 等保护层附着。
[0010] 本发明所述半导体介质柱为高折射率和高阻抗的娃、错或神化嫁等本征半导体， 其散射元为圆弓形或楠圆形，空间排列为Ξ角晶格或四方晶格结构等，W争取最大的光子 禁带;半导体介质柱结构的晶格常数为a,圆弓形或楠圆形散射元长轴和短轴的半径分别为 b和C，定义参数e = 1-c/b，e的取值范围在0-1，参数a、e根据对禁带中屯、频率的要求而变化； 为保证电磁福射防护的有效性，同一电磁频率下，TE和TM模式采用的结构参数不同。
[0011] 本发明所述ISI光子晶体结构采用绝缘体和半导体材料都可W在市场买到，其微 加工工艺技术成熟;ISI双层或多层结构能保证TE和TM模式都使结构有较大禁带的特性;结 构采用软体填充和包围，可W实现分割、适度弯曲和界面友好的特性;附着层材料部分可W 是迷彩衣底层，也可W是一些衣服上常见的魔术贴，使之与相关仪器设备相连，运些方法的 实施，都使结构具有很强的实用性。
[0012] 本发明先根据电磁波传播模式(TE或TM模式），将光子晶体的禁带特性与ISI结构 的优势相结合，采用圆弓形或楠圆散射元，通过模拟计算，设计不同电磁波传播模式，确定 单层或双层ISI结构;再找到TE或TM模式下具有较大光子禁带(相对禁带都超过10%)的不 同结构和具体结构参数;然后，根据具体工作频率确定结构的参数和加工工艺，研究结构厚 度和覆盖等因素的影响，修正真实材料的禁带中屯、频率和带宽；最后，根据实际需要，确定 结构的实现方法，把ISI结构与其他防护、与设备连接等几个方面有机结合，W达到有效电 磁防护和防腐等多重功效。
[0013]本发明所述ISI光子晶体结构的光子禁带计算由对由麦克斯韦方程组推出，其电 磁波的电场和磁场方程分别为(1)和(2):
[0016] 其中▽是算符，H、E分别代表磁场和电场，ε介电常数，它们都是随位置矢量F变化 的函数，ω是角频率，C是光速，见公式(3):
[0017]
(3)
[0018] 结构频率采用归一化频率表示，见公式(4):
[0019] f=c〇a/化 c = aA (4)
[0020] 其中，ω是角频率，a是晶格常数，C是光速，λ是波长。
[0021] 本发明假设εΑ和εΒ分别为介质柱和周围介质的介电常数，f是填充比，f等于介质柱 横截面积Sr比原胞面积S，对于楠圆形和圆弓形的介电常数公式，都能用一个数学代数式表 示;现在对介电常数和光子禁带的计算，多采用RS0FT软件的