一种介电梯度陶瓷基光子晶体制造技术

本发明专利技术公开一种介电梯度陶瓷基光子晶体，包含了两种或两种以上介电常数的陶瓷材料。本发明专利技术通过控制不同固相含量的同种陶瓷耦合实现介电常数梯度。具体是指：将同种陶瓷材料不同固相含量的陶瓷浆料(对应介电常数不同)依次分层填充在设计好的光子晶体结构中，形成通过控制陶瓷浆料固相含量实现介电常数梯度分布的光子晶体。具体包括顺序逐层叠加和周期性交叉两种形式。本发明专利技术中的介电梯度光子晶体通过控制同种陶瓷浆料的固相含量形成介电梯度分布的光子晶体，增强了介电常数变化，加强了布拉格散射，得到比均匀固相含量陶瓷基光子晶体更宽的带隙，同时实现对带隙宽度和中心频率位置的可控性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种介电梯度陶瓷基光子晶体。具体是指通过控制不同固相含量的同种陶瓷材料相互耦合而使其介电常数呈梯度分布的光子晶体。
技术介绍
光子晶体是指具有光子带隙特性的人工周期性电介质结构。所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”。这一概念最初在光学领域提出的，现在它的研究范围已扩展到微波与声波波段。由于这种结构的周期尺寸与“禁带”的中心频率对应的波长可比拟，所以这种结构在微波波段比在光波波段更容易实现。光子晶体的引入为微波领域提供了新的研究方向。光子晶体完全依靠自身结构就可实现带阻滤波，且结构比较简单，在微波电路、微波天线等方面均具有广阔的应用前景， 所以从事光子晶体的研究具有重要的意义。光子带隙的宽度和位置主要与晶格结构、两种介质的介电常数之差、介质的填充率有关。另外，介质的连通性、介质的形状也对禁带的出现有一定的影响。三维光子晶体的制备具有相当大的难度，尤其是三维复杂结构陶瓷基光子晶体的制备更是一项巨大的挑战。Hiromi Mori等的文章“三维陶瓷光子晶体的制备及其电磁性质”(Joural of the European Ceramics Society，洸期，2006年，2195-2198 页)成功了制备了纯二氧化钛陶瓷三维金刚石结构光子晶体；Kirihara等的文章“通过改变电磁晶体的周期控制电磁波的传输”(Solid State Communications，124 期，2002 年，1；35_139 页)研究了将金刚石结构周期拉伸对光子晶体带隙的影响，实质是通过改变光子晶体结构的填充率来控制电磁带隙， 拉伸后得到了更宽带隙的光子晶体。Xian-Zi Dong等的文章“梯度准金刚石结构光子晶体的带隙”(Applied Physics Letters，92 期，231103-1—231103-3，2008 年)成功运用多光束光聚纳米制备技术制备了三维准金刚石结构光子晶体，实现了使用低介电材料达到拓宽带隙的作用。Kirihara和Xian-Zi Dong的研究本质上都是利用结构变化来改变介电常数的分布，从而加强了布拉格散射，达到增强带隙的目的。然而在同一光子晶体内部通过控制多种固相含量的同种陶瓷耦合来改变光子晶体内部的介电分布，制备超宽带隙三维光子晶体的研究还未见有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种介电梯度陶瓷基光子晶体。本专利技术的技术方案是这样实现的周期性地层叠了由不同固相含量的同种陶瓷形成介电梯度分布的多个层，具体包括顺序逐层叠加和周期性交叉两种形式顺序逐层叠加的介电梯度光子晶体是指在具有周期性结构的第一层、第二层、第三层……第η层分别填充不同介电常数的同种陶瓷材料，其中介电常数是依次增加或依次减小；周期性交叉的介电梯度光子晶体是指在具有周期性结构的第一层填充第一种介电常数的陶瓷材料，第二层填充第二种介电常数的同种陶瓷材料，然后在第三层再填充第一种介电常数的陶瓷材料，第四层填充第二种介电常数的陶瓷材料。晶体结构包括一维、二维、三维结构。根据本专利技术的介电梯度陶瓷基光子晶体周期性的包含了两种或两种以上介电常数的陶瓷材料。陶瓷的介电常数与其固相含量成正比，固相含量越大，其介电常数越大。本专利技术通过控制不同固相含量的同种陶瓷耦合使其介电常数的梯度分别。具体是指将不同固相含量的同种陶瓷的浆料(对应介电常数不同)依次分层填充在设计好的光子晶体结构中，形成通过控制陶瓷浆料固相含量实现介电常数梯度分布的光子晶体，所制备的光子晶体包括顺序逐层叠加和周期性交叉两种形式。与传统的陶瓷基光子晶体相比，本专利技术中的介电梯度光子晶体通过控制同种陶瓷浆料的固相含量形成介电梯度分布的光子晶体，增强了介电常数变化，加强了布拉格散射， 得到比均勻固相含量陶瓷基光子晶体更宽的带隙，同时实现对带隙宽度和中心频率位置的可控性。通过下面附图和具体实施方式的描述，将更清晰的展示本专利技术的特征。 附图说明图1是三维结构顺序逐层叠加介电梯度光子晶体示意2是三维结构周期性交叉介电梯度光子晶体示意3是二维柱状顺序逐层叠加介电梯度光子晶体示意图具体实施例方式图1是三维结构顺序逐层叠加介电梯度光子晶体示意图。选取氧化铝陶瓷作为介质材料。利用快速成型制备三维光子晶体模具，然后分别制备氧化铝固相含量分别为50%， 55%和60%三种陶瓷浆料，介电常数分别为ει、ε2、ε3。图1中所示三维结构第一周期层注入固相含量为50% (介电常数为S1)的氧化铝浆料，在固相含量50%的氧化铝浆料即将固化的时候往第二周期层注入固相含量(介电常数ε2)的氧化铝浆料，在固相含量 55%的氧化铝浆料快要固化的时候向第三周期层注入固相含量60% (介电常数ε3)的氧化铝浆料，可制备如附图1包含同种陶瓷材料但介电常数呈梯度分布(固相含量不同)的光子晶体。所制备的光子晶体经过干燥、脱脂和烧结处理后得到介电梯度纯陶瓷光子晶体。图2是三维结构周期性交叉介电梯度光子晶体示意图。选取二氧化钛陶瓷作为介质材料。利用快速成型制备三维光子晶体模具，然后分别制备二氧化钛固相含量分别为 50%，55%两种陶瓷浆料，介电常数分别为￡ι、ε2。每层的相邻的长柱体分别注入固相含量50% (介电常数为S1)和固相含量55% (介电常数为ε2)的氧化钛浆料，上层对应的长柱体和下层对应的长柱体相互连通。所制备的光子晶体经过干燥、脱脂和烧结处理后得到两种介电梯度交叉分布纯陶瓷光子晶体。图3是二维柱状顺序逐层叠加介电梯度光子晶体示意图。选取氧化铝陶瓷作为介质材料。利用快速成型制备三维光子晶体模具，然后分别制备氧化铝固相含量分别为50%， 53^,56^,59%四种陶瓷浆料，介电常数分别为￡ι、ε2、ε3、ε 4，分别注入每层柱体中，形成四种固相含量氧化铝陶瓷梯度分布的二维柱状光子晶体，所制备的光子晶体经过干燥、 脱脂和烧结处理后得到二维柱状介电梯度纯陶瓷光子晶体。权利要求1. 一种介电梯度陶瓷基光子晶体，其特征在于，周期性地层叠了由不同固相含量的同种陶瓷形成介电梯度分布的多个层，具体包括顺序逐层叠加和周期性交叉两种形式顺序逐层叠加的介电梯度光子晶体是指在具有周期性结构的第一层、第二层、第三层……第η层分别填充不同介电常数的同种陶瓷材料，其中介电常数是依次增加或依次减周期性交叉的介电梯度光子晶体是指在具有周期性结构的第一层填充第一种介电常数的陶瓷材料，第二层填充第二种介电常数的同种陶瓷材料，然后在第三层再填充第一种介电常数的陶瓷材料，第四层填充第二种介电常数的陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的介电梯度光子晶体，其特征在于，晶体结构包括一维、二维、三维结构。全文摘要本专利技术公开一种介电梯度陶瓷基光子晶体，包含了两种或两种以上介电常数的陶瓷材料。本专利技术通过控制不同固相含量的同种陶瓷耦合实现介电常数梯度。具体是指将同种陶瓷材料不同固相含量的陶瓷浆料(对应介电常数不同)依次分层填充在设计好的光子晶体结构中，形成通过控制陶瓷浆料固相含量实现介电常数梯度分布的光子晶体。具体包括顺序逐层叠加和周期性交叉两种形式。本专利技术中的介电梯度光子晶体通过控制同种陶瓷浆料的固相含量形成介电梯度分布的光子晶体，增强了介电常数变化，加强了布拉格散射，得到比均匀固相含量陶瓷基光子晶体更宽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁庆宣，李涤尘，杨改，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：