一种级联等离子体光子晶体结构的全方位反射器的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 在先技术[1](参见0ptik，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(ΑΒ) 2(ν(ΑΡ)2()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。
[0005] 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ΤοΜΡΑΒΡΚΤ^ΡΑΒΡΡ}。 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。
[0006] 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F i bonacc i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S〇={P}、Si={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】
[0007] 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。
[0008] 为达到上述目的，本发明提出一种基于等离子体材料的级联Fibonacci准周期结 构和Thue-Morse准周期结构的全方位反射器。Fibonacci准周期结构为(F3)3,上标3和下标3 分别为Fibonacci序列的周期和阶数，Fibonacci序列F3=F2Fi，F2=FiFq;开始的两个序列分别 为则F 3={PAPP};Thue-Morse准周期结构为（T2)2,上标2和下标2分别为 Thue-Morse序列的周期和阶数，Thue-Morse序列TszIVn，!'、为对^按ΒΡ> Ρ_规则取反操 作，开始的序列 TfiBP'P'}，则 1''1={?'8?'}，1'2=1'11''1={8??'8?'}<^和8为具有不同折射 率的光学薄膜介质，P和P'为等离子体材料层。
[0009] 根据上述的发明构思，本发明的具体技术解决方案如下： 一种级联等离子体光子晶体结构的全方位反射器，其特征在于：由Fibonacci准周期结 构和Thue-Morse准周期结构级联构成。Fibonacci准周期结构为(F3)3, Fibonacci序列F3= 开始的两个序列分别为FtHAPWPFHP}，则F3={PAPP} ; Thue-Morse准周期结 构为（T2)2，Thue-Morse序列TssIVn，!'、为对?^$ε·ρ'φ p'规则取反操作，ΤΗΒΡ'Ρ'}，则T、 = {Ρ'ΒΡ'} ,?^?ΥΓ?ΒΡ'Ρ'Ρ'ΒΡ'} j和Β为具有不同折射率的光学薄膜介质且光学厚度相 等，或者不相等;等离子体层P和P'的光学厚度相等，或者不相等。等离子体层P和P'的等离 子体频率ω jP ω p相同，或者不相同；等离子体层P和P'的碰撞频率γ jP γ p相同，或者不 相同。
[0010] 本发明与现有技术相比较，具有如下突出实质性特点和显著优点： 不同于在先技术[1]的基于周期性的(AB)2()/(AP)2()级联结构和在先技术[2]及[3]的分 别基于Thue-Morse准周期结构和Fibonacci准周期结构，本发明结构基于的是Fibonacci准 周期结构与Thue-Morse准周期结构的级联。相比在先技术[1]、[2]的80层结构和在先技术
[3]的191层结构，本发明结构简单，层数明显减少（只有24层），且全方位带隙明显提高 (18.81GHz)。
【附图说明】
[0011] 图1为级联等离子体光子晶体结构的全方位反射器结构示意图。其中(F3)3为3个周 期的3阶Fibonacci准周期结构，（T2) 2为2个周期的2阶Thue-Morse准周期结构。
[0012] 图2为实施例TE和TM偏振态光情况下，不同入射角时，（F3)3结构的反射谱。
[0013] 图3为实施例TE和TM偏振态光情况下，不同入射角时，（T2)2结构的反射谱。
[0014] 图4为实施例ΤΕ和ΤΜ偏振态光情况下，不同入射角时，（F3)3/ (Τ2)2级联结构的反 射谱。
[0015] 图5为实施例(F3)3、（T2)2和（F 3)3/(T2)2结构的全方位带隙参量。其中fL、f H、Af^P Sf分别为各结构的全方位带隙的频率下限、频率上限、全方位带隙范围和全方位带隙宽度。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的优选实施例，结合【附图说明】如下： 实施例一： 参见图卜图4,本级联等离子体光子晶体结构的全方位反射器可以表示为(F3)3/(T2