本发明专利技术提供了一种利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置。所述装置包括真空反应室、水电极和等离子体发生电源。在所述真空反应室内设置有两个水电极，所述水电极内设置有铜制圆环；等离子体发生电源通过铜制圆环与水电极电连接；在两个所述水电极之间设置有特制的固体边框，在固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开。采用本发明专利技术可以产生固体、气体以及等离子体周期性排列的具有至少三种折射率的等离子体光子晶体。本发明专利技术首次利用固体调制形成了等离子体光子晶体，能够阻止某些频率光的传播，起到频率选择性光开关作用，在工业领域具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置
本专利技术涉及等离子体应用技术和光学
，具体地说是一种利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置。
技术介绍
光子晶体又称光子禁带材料，是将两种不同介电常数的介质材料在空间按一定周期（尺寸在光波长量级）排列所形成的一种人造“晶体”结构。光子晶体的介电常数是空间的周期函数，若介电系数对光子的周期性调制足够强，在光子晶体中传播的光子能量也会有能带结构，带与带之间会出现光子“禁带”，频率落在禁带中的光子不能在晶体中传播。光子禁带的位置和形状取决于光子晶体中介质材料的折射率配比以及不同介电系数材料的空间比和“晶格”结构等。目前常规的光子晶体，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，很难实现对电磁波的可调性控制。作为一种新型的光子晶体，等离子体光子晶体相比于传统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（Bandgap）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。但作为一个典型的非线性现象，等离子体光子晶体对实验条件非常敏感。控制参数（气体成分、气体压力、施加电压和频率、电极几何形状和尺寸等）稍有改变，将会演变出不同的等离子体光子晶体。也就是说，等离子体光子晶体的不稳定性不利于未来的应用。目前，常规等离子体光子晶体由等离子体斑图及气体交替排列构成。在先专利ZL200610102333.0中实现了由粗细等离子体通道及气体（即未放电区域处的气体）自组织形成的等离子体光子晶体；在先专利ZL201010523218.7中实现了由等离子体柱、等离子体片及气体（对应未放电区域）形成的等离子体光子晶体。然而，上述专利技术并未能实现利用固体调制来产生等离子体光子晶体。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置，以填补现有技术中尚未有利用固体调制来产生等离子体光子晶体的这一技术空白。本专利技术的目的是这样实现的：一种利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置，包括真空反应室、设置在所述真空反应室内的两个水电极以及与所述水电极电连接的等离子体发生电源；在两个所述水电极之间设置有固体边框，所述固体边框所在平面与两个所述水电极的轴心线垂直；在所述固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开。优选的，在所述固体边框的内部区域设置有9个大小相等、边长为8mm的正方形通孔。优选的，相邻两个正方形通孔之间的固体棱的宽度为2mm。优选的，所述固体边框的厚度为1.6mm~3mm。更优选的，所述固体边框的厚度为2mm。优选的，所有通孔构成的区域为放电区域；所述放电区域的面积小于所述水电极的截面面积；所述固体边框的总面积大于所述水电极的截面面积。优选的，在所述真空反应室内注有放电气体，所述放电气体为气压可调的空气、氩气或空气与氩气的混合气体；所述真空反应室内放电气体的气压为0.1~1个标准大气压。本专利技术在两个水电极之间设置有特制的固体边框，在固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开。固体边框所在平面与两个水电极的轴心线垂直；固体边框内部的放电区域的面积（即通孔总面积）小于水电极的截面面积，固体边框总面积大于水电极的截面面积。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放电丝。在不同条件下，放电丝自组织形成具有不同晶格常数的等离子体。通孔内的这些等离子体与通孔之间的固体棱和通孔内的气体（即通孔内未产生放电丝处的气体）交替排列形成固体调制的等离子体光子晶体。固体棱和气体与等离子体的折射率各不相同，因而形成的等离子体光子晶体具有至少三种折射率。通过改变放电条件包括改变放电气体、放电气体气压、外加电压的频率、幅度以及放电间隙边界的形状、纵横比等，将产生周期数不同、晶格常数不等的具有至少三种折射率的等离子体光子晶体结构。等离子体通道内的电子密度均在1015cm−3量级，理论研究表明，如此高的电子密度能够使等离子体光子晶体出现能带结构。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，进而方便地选择哪些频率的光被禁止。同时，由于人工设计的固体边框的影响，本装置产生的固体调制等离子体光子晶体更加稳定，存在更加广泛。本专利技术中的装置结构简单、易制作、好维护、使用方便，在工业领域具有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术中利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置的结构示意图。图2是图1中固体边框的正视图。图3是本专利技术实施例2所产生的固体调制等离子体光子晶体的示意图；其中，图3（a）是实施例2中用普通相机拍摄的等离子体光子晶体的照片图，图3（b）是图3（a）中一个周期的局部示意图。图4是对比例1所产生的放电丝的示意图。图5是本专利技术实施例3所产生的固体调制等离子体光子晶体的示意图；其中，图5（a）是实施例3中用普通相机拍摄的等离子体光子晶体的照片图，图5（b）是图5（a）中一个周期的局部示意图。图6是本专利技术实施例4所产生的固体调制等离子体光子晶体的示意图；其中，图6（a）是实施例4中用普通相机拍摄的等离子体光子晶体的照片图，图6（b）是图6（a）中一个周期的局部示意图。图7是本专利技术实施例5所产生的固体调制等离子体光子晶体的示意图；其中，图7（a）是实施例5中用普通相机拍摄的等离子体光子晶体的照片图，图7（b）是图7（a）中一个周期的局部示意图。图中：1、真空反应室，2、水电极，3、玻璃挡片，4、铜环，5、等离子体发生电源，6、固体边框，6-1、正方形通孔，6-2、固体棱，7、进气口，8、出气口，9、第一未放电区域，10、第一等离子体，12、第二未放电区域，13、第二等离子体，14、第三未放电区域，15、第三等离子体，16、第四等离子体，17、第四未放电区域，18、第五等离子体，19、第六等离子体。具体实施方式实施例1，一种利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置。如图1所示，本专利技术所提供的利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置具体是：在一个横置的圆筒形的真空反应室1中对称设置两个密闭电介质容器，在密闭电介质容器内注水，构成两个极板相对的水电极2。两个水电极2与真空反应室1外的等离子体发生电源5电连接。本实施例中，水电极2是由有机玻璃管通过在两端设置玻璃挡片3封挡而构成，在有机玻璃管内注满水，同时在有机玻璃管内设置铜环4。两个铜环4分别通过电源线与等离子体发生电源5的正极和负极电连接。玻璃挡片3的厚度在1.5mm~5mm之间，作为放电介质。在真空反应室1的壁体上开有进气口7和出气口8。在两个水电极2之间设置有固体边框6，固体边框6所在平面与两个水电极2的轴心线垂直，且固体边框6的两个侧面分别紧贴两个水电极2的端面（图1中固体边框6与水电极2分离是为了方便观察）。固体边框6的具体结构是：以一个平板作为固体边框本体，在固体边框本体上开设有若本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置，包括真空反应室、设置在所述真空反应室内的两个水电极以及与所述水电极电连接的等离子体发生电源；其特征是，在两个所述水电极之间设置有固体边框，所述固体边框所在平面与两个所述水电极的轴心线垂直；在所述固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开。
【技术特征摘要】
1.一种利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置，包括真空反应室、设置在所述真空反应室内的两个水电极以及与所述水电极电连接的等离子体发生电源；其特征是，在两个所述水电极之间设置有固体边框，所述固体边框所在平面与两个所述水电极的轴心线垂直；在所述固体边框的内部区域设置有若干呈矩阵式排列的通孔，相邻两个通孔之间由固体棱隔开。2.根据权利要求1所述的利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置，其特征是，在所述固体边框的内部区域设置有9个大小相等、边长为8mm的正方形通孔。3.根据权利要求2所述的利用固体调制产生等离子体光子晶体的装置，其特征是，相邻两个正方形通孔之间的固体棱的宽度为2mm。4.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：董丽芳，郝芳，杜天，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13
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