一种光子晶体屏蔽效果演示的方法技术

本发明专利技术属于无线电通讯技术领域，涉及一种光子晶体屏蔽效果演示的方法，将较高折射率的矩形玻璃柱按照木堆积结构的要求，纵横搭建规则排列组成堆积结构，在堆积结构的中央去掉部分矩形玻璃柱形成腔体，便于放置手机，腔体四周矩形玻璃柱为规则排列；把没有关闭的手机放入腔体，并对合式盖上上部分矩形玻璃柱，测得手机接受不到电磁信号；再把手机接通于通话状态后放入腔体，盖上上部分矩形玻璃柱，手机信号中断，屏蔽效果明显；其堆积工艺方法简单，演示成本低，实验稳定性高，操作简便，屏蔽效果明显，是一种新型屏蔽手机电磁信号的堆积结构。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术属于无线电通讯
，涉及一种用较高折射率矩形玻璃柱制成的、可以屏蔽手机信号的三维光子晶体演示工艺，特别是。
技术介绍
:在现有的通讯技术中，将手机放在密封在金属盒子里后由于屏蔽作用，手机无法收到信号并发出声响，对收音机的接收也有相同情形；将手机放在一小堆玻璃柱或玻璃球里，手机仍可以收到信号发出声音；如果将玻璃柱或玻璃球规则排列，有可能像金属一样，屏蔽有关的电磁信号，这就需要从光子晶体和禁带说起。光子晶体是近二十几年来出现的一种新型材料，它具有周期性结构和传输禁带等特点，可以提供不同于以前的电磁波传播和控制方法，它的出现成为国内外物理、化学、材料和通信等领域研究的热点。光子晶体的结构特征是周期排列和散射元:周期排列可以用布拉维格来概括，如四方形和六边形等；散射元则是指组成光子晶体元胞的几何和物理结构，周期性排列和散射元的大小和形状等因素会影响光子晶体的带隙结构。光子晶体的典型结构是折射率(或者说介电常数)周期变化，这种周期性的变化要求传输的电磁波波长数量级相当，当相对折射率变化较大时，会出现类似于晶体中的能带和带隙，这种具有光子能带和带隙的材料被称为光子晶体，光子晶体的最大特点是具有光子禁带，某些频率的电磁波在结构中不能传播，这时的材料为结构的相对折射率较大的金属、半导体、氧化物和聚合物等，如玻璃通过掺杂稀土材料(如Nd2O3),其折射率可达到2.2，甚至更高；同时，按电磁波的频率光子晶体可分为微波光子晶体、红外波光子晶体、可见光子晶体等；按其用途光子晶体可分为光子晶体微腔、光子晶体波导、光子晶体光线和光子晶体天线等，手机属于厘米级的微波通信，所以采用的光子晶体结构的禁带也处于厘米级；按照光子晶体的折射率周期性变化的空间维度，可以将其分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。只有三维光子晶体是由两种介质在空间三个维度上交替排列而成的空间周期性结构，在三维空间各方向上都具有光子禁带，即折射率在空间三维均呈周期性排列，光子禁带将出现在各个方向上，可以达到完全屏蔽手机信号的目的，屏蔽手机信号采用结构简单的微波频域的三维光子晶体结构，结构在各方向上都具有光子禁带与手机的接收频率相同，这一频率的信号就不会到达手机，非金属材料通过周期性排列，也可以屏蔽电磁信号，从而改变人们的传统认识，激发人们对材料新结构、新功能研究兴趣，具有重要的理论和现实意义
技术实现思路
:本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种较高折射率矩形玻璃柱组成的三层有序结构的光子晶体屏蔽效果演示的方法，搭建的光子晶体演示堆积结构具有屏蔽手机电磁信号的功能。为了实现上述目的，本专利技术将较高折射率的矩形玻璃柱按照木堆积(woodpiles)结构的要求，纵横搭建规则排列组成堆积结构，在堆积结构的中央去掉部分矩形玻璃柱形成腔体，便于放置手机，腔体四周矩形玻璃柱为规则排列；其具体工艺步骤为:(I)、参数设置:采用平面波展开法计算设置所用矩形玻璃柱的玻璃材料的折射率、矩形玻璃柱的大小和排列参数；先将电磁波和周期性分布的介电常数展开成一系列平面波的叠加，再代入通用的Maxwell方程组将其化成一个本征方程，求解该本征方程的本征值得光子的带隙分布值；(2)、矩形玻璃柱尺寸和间距的确定:通过给定工作波长、介质折射率、晶格常数和结构禁带，进一步调整和优化结构参数，明确矩形玻璃柱的尺寸和间距；设定矩形玻璃柱的高和宽都为a，手机接收频率为fMHz，波长为λ cm，通过稀土掺杂的矩形玻璃柱玻璃的折射率η=2.5，通过计算得矩形玻璃柱的高和宽a为0.492 λ，矩形玻璃柱相互间距为2a，两侧的边距分别取O和1.5a，使手机的频率处在禁带的中央位置；(3)、堆积结构搭建:选取若干根相同尺寸的矩形玻璃柱，其高和宽为a=0.492 λ，长度大于20a，将矩形玻璃柱规则堆积并四层一个循环；其中，第I层，横向排放，两侧离侧边1.5a，中间每相邻的两根矩形玻璃柱相距2a的空隙；第2层，纵向排放，两侧离侧边1.5a，中间每相邻的两根矩形玻璃柱相距2a的空隙；第3层，横向排放，靠边一侧矩形玻璃柱不留空隙，其余有2a的空隙；第4层，纵向排放，靠边一侧矩形玻璃柱不留空隙，其余有2a的空隙；5-8层重复1-4层的循环，并每个四层一个循环，总层数为4的倍数，搭建成供光子晶体演示的堆积结构；(4)堆积结构粘合和腔体设置:从堆积结构的中间对称分为上、下部分，分别将上、下部分的外侧面用强力胶粘合形成一体结构，在下部分的中央处将最上层的玻璃柱去掉na, η等于1_6中的任意值,形成5aXnaX a的腔体,用以放置手机；(5)实验演示:把没有关闭的手机放入腔体，并对合式盖上上部分矩形玻璃柱，测得手机接受不到电磁信号；再把手机接通于通话状态后放入腔体，盖上上部分矩形玻璃柱，手机信号中断，屏蔽效 果明显。本专利技术涉及的光子晶体中介电常数的分布周期性的计算方法为:ε{Τ) = ε (r+R )(I)其中，犮=ZWp1+OT2A+/W3A为格矢Π 2、53是光子晶体基矢。为任意整数。介电常数的倒数也是周期性的，可以将表示为一系列平面波的叠加:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子晶体屏蔽效果演示的方法，其特征在于将较高折射率的矩形玻璃柱按照木堆积（woodpiles）结构的要求，纵横搭建规则排列组成堆积结构，在堆积结构的中央去掉部分矩形玻璃柱形成腔体，便于放置手机，腔体四周矩形玻璃柱为规则排列；其具体工艺步骤为：（1）、参数设置：采用平面波展开法计算设置所用矩形玻璃柱的玻璃材料的折射率、矩形玻璃柱的大小和排列参数；先将电磁波和周期性分布的介电常数展开成一系列平面波的叠加，再代入通用的Maxwell方程组将其化成一个本征方程，求解该本征方程的本征值得光子的带隙分布值；（2）、矩形玻璃柱尺寸和间距的确定：通过给定工作波长、介质折射率、晶格常数和结构禁带，进一步调整和优化结构参数，明确矩形玻璃柱的尺寸和间距；设定矩形玻璃柱的高和宽都为a，手机接收频率为fMHz，波长为λcm，通过稀土掺杂的矩形玻璃柱玻璃的折射率n=2.5，通过计算得矩形玻璃柱的高和宽a为0.492λ，矩形玻璃柱相互间距为2a，两侧的边距分别取0和1.5a，使手机的频率处在禁带的中央位置；（3）、堆积结构搭建：选取若干根相同尺寸的矩形玻璃柱，其高和宽为a=0.492λ，长度大于20a，将矩形玻璃柱规则堆积并四层一个循环；其中，第1层，横向排放，两侧离侧边1.5a，中间每相邻的两根矩形玻璃柱相距2a的空隙；第2层，纵向排放，两侧离侧边1.5a，中间每相邻的两根矩形玻璃柱相距2a的空隙；第3层，横向排放，靠边一侧矩形玻璃柱不留空隙，其余有2a的空隙；第4层，纵向排放，靠边一侧矩形玻璃柱不留空隙，其余有2a的空隙；5?8层重复1?4层的循环，并每个四层一个循环，总层数为4的倍数，搭建成供光子晶体演示的堆积结构；（4）堆积结构粘合和腔体设置：从堆积结构的中间对称分为上、下部分，分别将上、下部分的外侧面用强力胶粘合形成一体结构，在下部分的中央处将最上层的玻璃柱去掉na，n等于1?6中的任意值，形成5a×na×a的腔体，用以放置手机；（5）实验演示：把没有关闭的手机放入腔体，并对合式盖上上部分矩形玻璃柱，测得手机接受不到电磁信号；再把手机接通于通话状态后放入腔体，盖上上部分矩形玻璃柱，手机信号中断，屏蔽效果明显。...

【技术特征摘要】
1.一种光子晶体屏蔽效果演示的方法，其特征在于将较高折射率的矩形玻璃柱按照木堆积(woodpiles)结构的要求，纵横搭建规则排列组成堆积结构，在堆积结构的中央去掉部分矩形玻璃柱形成腔体，便于放置手机，腔体四周矩形玻璃柱为规则排列；其具体工艺步骤为: (1)、参数设置:采用平面波展开法计算设置所用矩形玻璃柱的玻璃材料的折射率、矩形玻璃柱的大小和排列参数；先将电磁波和周期性分布的介电常数展开成一系列平面波的叠加，再代入通用的Maxwell方程组将其化成一个本征方程，求解该本征方程的本征值得光子的带隙分布值； (2)、矩形玻璃柱尺寸和间距的确定:通过给定工作波长、介质折射率、晶格常数和结构禁带，进一步调整和优化结构参数，明确矩形玻璃柱的尺寸和间距；设定矩形玻璃柱的高和宽都为a，手机接收频率为fMHz，波长为λ cm，通过稀土掺杂的矩形玻璃柱玻璃的折射率η=2.5，通过计算得矩形玻璃柱的高和宽a为0.492 λ，矩形玻璃柱相互间距为2a，两侧的边距分别取O和1.5a，使手机的频率处在禁带的中央位置； (3)、堆积...

【专利技术属性】
技术研发人员：万勇，戈升波，刘培晨，郭月，贾明辉，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：