专利名称：产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的装置和方法
技术领域：
本发明涉及等离子体应用技术领域和光学领域，具体地说是一种产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的装置和方法。
背景技术：
等离子体光子晶体，是一种等离子体与其他介质周期性排列而成的新型光子晶体。相比于传统的光子晶体，等离子体光子晶体的最大特点是其结构具有时空可调性，进而使其相应的光子带隙(Band gap)可调。人们可以通过调节等离子体光子晶体的晶格常数、 介电常数、晶格对称性及时间周期等，改变其能带位置和宽度，进而使频率落入该带隙的光禁止传播，实现对光频率的选择和光传播的控制。基于以上特性，近年来等离子体光子晶体在滤波器、等离子体天线、光开关以及等离子体隐身等众多电磁波控制领域具有广泛的应用，受到人们的广泛关注。本发明人的在先专利200610102333. 0及201010523218. 7分别实现了三种、四种
折射率周期性排列的等离子体光子晶体。所述的三种、四种折射率周期性排列的等离子体光子晶体，可通过调节放电参数，改变等离子体光子晶体的晶格常数，即改变光子晶体的能级分布，进而选择被禁止通过的光的频率。现有等离子体光子晶体的应用范围仍然受到一定限制，需要研究生产具有更为广泛应用领域的等离子体光子晶体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的装置和方法，所述多种结构嵌套的等离子体光子晶体放电条件具有更为广泛的应用领域。本发明的产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的装置，包括真空反应室及在所述真空反应室内安装的两个水电极，在所述两水电极之间设置有厚度为2. 4mm的玻璃制六边形放电边界，在所述真空反应室的壁体上开有入气口，在所述真空反应室内设置有空心螺旋管加热线圈。本发明的产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的方法，包括以下步骤(a)设置真空反应室并在罐体内安装两相对的水电极，并在两水电极之间设置厚度为2. 4mm的玻璃制六边形放电边界；(b)在所述真空反应室的壁体上开设入气口，并向真空反应室内充入氩气与空气的混合气体；(c)在所述真空反应室内安装空心螺旋管加热线圈，并将水电极温度加热至 353K ；(d)控制放电条件使产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体，所述放电条件为电压幅度为4. 3-5. 2kV，频率为53kHz，气压ρ = 0. 5Pa,混合气体中氩气含量为 75% -90%。本发明的方法中，所述(d)步控制放电条件为电压幅度为4. 5kV，频率53kHz，气压p = 0. 5Pa，混合气体中氩气含量90%。本发明通过对发光信号时序的测定来进行结构分析。通过测量任意两个放电通道之间的相关以及与放电电流的对应关系，确定两个放电通道的放电顺序，进而给出不同时刻等离子体光子晶体的结构。通过对不同时刻放电脉冲的研究，直观反映出该超四边形等离子体晶体是由三种四边形结构嵌套组成的。利用本发明的装置和方法所产生的等离子体光子晶体在结构上是由三种具有不同晶格常数的四边形嵌套组成的，每一种具有不同的带隙。在一个放电周期内可实现三种四边形结构，其晶格常数由小到大变化，存在有三种导带结构。放电条件更为宽泛易于实现，并具有更为广泛的应用领域。本发明的等离子体光子晶体能够阻止不同频率光的传播，起到光调制器的作用，在工业领域具有广泛的应用前景。
图1是真空反应室内水电极装置及空心螺线圈加热装置结构示意图。图2是实施例1所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的斑图照片。图3是实施例1所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的时空结构示意图。图4是实施例1所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体在一个放电周期内空间结构的变化示意图。图5是实施例1所产生的三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的示意图。图6是实施例2所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的斑图照片。图7是实施例3所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的斑图照片。图8是实施例4所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的斑图照片。图9是实施例5所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的斑图照片。
具体实施例方式图1所示，产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的装置包括真空反应室1 及在所述真空反应室内安装的两个水电极2，在所述两水电极2之间设置有厚度为2. 4mm的玻璃制六边形放电边界3，在所述真空反应室1的壁体上开有入气口 6，在所述真空反应室内设置有连接交流电源5的空心螺旋管加热线圈4。实施例1(a)设置真空反应室1并在罐体内安装两相对的水电极2，并在两水电极之间设置厚度为2. 4mm的玻璃制六边形放电边界3 ；(b)在所述真空反应室1的壁体上开设入气口 6，并向真空反应室内充入氩气与空气的混合气体；(c)在所述真空反应室1内安装空心螺旋管加热线圈，并将水电极温度加热至353K ；(d放电条件电压频率53kHz，电压幅度4. 3kV，气隙气压为0. 5Pa，气隙内混合气体中氩气含量为90%，放电产生具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体。图2—图 5为本实施例所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的示意图。图4中A 为位于第一次脉冲放电的等离子体光子晶体结构图；B为位于第二次脉冲放电的等离子体光子晶体结构图；C为位于第三次脉冲放电的等离子体光子晶体结构图。图4中A、B、C分别对应图3中的A、B、C三个脉冲，显示一个周期中三种位置处的等离子体晶体的晶格常数由小到大，依次经历三种变化，有三种导带结构，由此证明产生了三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体。实施例2前三步与实施例1相同，(d)步放电条件为外加电压U = 4. 3kV，频率f = 53kHz， 气压ρ = 0. 5Pa，氩气含量χ (Ar) = 90%。所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的斑图照片如图6所示。实施例3前三步与实施例1相同，(d)步放电条件为外加电压U = 5. 2kV，频率f = 53kHz， 气压ρ = 0. 5Pa，氩气含量χ (Ar) = 75%。所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的斑图照片如图7所示。实施例4与实施例1不同的条件水电极温度加热至348K，(d)步放电条件为外加电压U =4. 5kV，频率f = 53kHz，气压ρ = 0. 5Pa，氩气含量Xow= 90%。所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的斑图照片如图8所示。实施例5与实施例1不同的条件水电极温度加热至358K，(d)步放电条件为外加电压U =4. 5kV，频率f = 53kHz，气压ρ = 0. 5Pa，氩气含量Xow= 90%。所产生的具有三种四边形结构嵌套的等离子体光子晶体的斑图照片如图9所示。
权利要求
1.一种产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的装置，包括真空反应室(1)及在所述真空反应室内安装的两个水电极(2)，其特征在于，在所述两水电极(2)之间设置有厚度为2. 4mm的玻璃制六边形放电边界(3)，在所述真空反应室(1)的壁体上开有入气口(6)， 在所述真空反应室内设置有空心螺旋管加热线圈(4 )。
2.—种产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的方法，其特征在于包括以下步骤(a)设置真空反应室并在罐体内安装两相对的水电极，并在两水电极之间设置厚度为 2. 4mm的玻璃制六边形放电边界(3)；(b)在所述真空反应室(1)的壁体上开设入气口(6)，并向真空反应室内充入氩气与空气的混合气体；(c)在所述真空反应室(1)内安装空心螺旋管加热线圈，并将水电极温度加热至 348-358K ；(d)控制放电条件使产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体，所述放电条件为电压幅度为4. 3-5. 2kV，频率为53kHz，气压/7=0. 5Pa，混合气体中氩气含量为75%_90%。
3.根据权利要求2所述的产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的方法，其特征在于(c)步中，将水电极温度加热至351。
4.根据权利要求2或3所述的产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的方法，其特征在于(d)步中，控制放电条件为电压幅度为4. 5kV,频率53kHz，气压p=0. 5Pa，混合气体中氩气含量90%。
全文摘要
本发明公开了一种产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体的装置和方法，装置包括真空反应室及在所述真空反应室内安装的两个水电极，在所述两水电极之间设置有厚度为2.4mm的玻璃制六边形放电边界，在所述真空反应室的壁体上开有入气口，在所述真空反应室内设置有空心螺旋管加热线圈。产生方法是将水电极温度加热至348-358K；控制放电条件使产生具有多种结构嵌套的等离子体光子晶体，所述放电条件为电压幅度为4.3-5.2kV，频率为53kHz，气压p=0.5Pa，混合气体中氩气含量为75%-90%。本发明的等离子体光子晶体能够阻止不同频率光的传播，起到光调制器的作用，在工业领域具有广泛的应用前景。
文档编号H05H1/24GK102565939SQ20121000637
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者王永杰, 耿轶青, 董丽芳 申请人:河北大学