[发明专利]一种同时产生人工和自组织复合等离子体光子晶体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体应用技术和光学技术，具体地说是一种同时产生人工和自组织复合等离子体光子晶体的装置和方法。

背景技术

光子晶体是把不同介电常数的材料呈周期性排列的一种人工晶体，它的特点主要包括光子禁带和光子局域化。由于光子晶体具有能带和带隙结构，使得某些频率的电磁波不能在其中传播，从而形成了光子禁带。通过对光子晶体的设计，人们实现了对电磁波的控制。基于以上特性，光子晶体已经在许多领域得了的广泛应用，如光子晶体偏振器、光子晶体波导、光开关、滤波器等。

作为一种新型的光子晶体，等离子体光子晶体是等离子体与其他介电材料周期性排列而成的一种新型可调光子晶体。它既具有光子晶体的一般特点又有自己独特的性质，如具有时空可调性和强色散关系。人们可以通过调节等离子体光子晶体的不同时空参数，包括晶格常数、介电常数、晶格对称性、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可调滤波器、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。

通常产生等离子体光子晶体的方法主要有两种：一种是利用固体电极阵列来产生等离子体光子晶体，但是这种电极结构的晶格常数是固定的，且其使用寿命较短，很难实现对电磁波的长时间、稳定可靠地调控。另外一种是利用介质阻挡放电中的自组织斑图来产生等离子体光子晶体，这种方法可以克服固体电极的不足。但由于其晶格常数随实验参数变化范围较大，不易精确调控。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种同时产生人工和自组织复合等离子体光子晶体的装置，以克服单一结构等离子体光子晶体存在的技术缺陷，实现通过在固定晶格常数基础上控制自组织晶格常数来调节光的传输。

本发明的目的之二就是提供同时产生人工和自组织等离子体光子晶体的方法，以产生由人工等离子体柱和自组织等离子体柱形成的复合等离子体光子晶体。

本发明的目的之一是这样实现的：一种同时产生人工和自组织复合等离子体光子晶体的装置，包括有：真空反应室，设置在所述真空反应室内的两个极板相对的水电极，以及与所述水电极电连接的等离子体发生电源，在其中一个所述水电极靠近中心的放电介质板内壁粘有聚乙烯板，在所述聚乙烯板上刻蚀有呈矩形阵列排布的圆孔，在两个所述水电极之间设置有作为放电边界的玻璃边框。

所述聚乙烯板厚度为0.1~2mm，所述圆孔直径为0.1~2mm，所述圆孔之间的间隔为1~7mm，所述玻璃边框的厚度为0.1~2mm。

所述聚乙烯板厚度为1mm，所述圆孔直径为1mm，所述圆孔之间的间隔为5mm，所述玻璃边框的厚度为1.7mm。

在所述真空反应室内注有放电气体，所述放电气体为空气与氩气组合成的混合气体，所述放电气体的气压可调。

所述真空反应室的放电气体中的氩气含量为混合气体的30~70%，所述放电气体气压为0.2×10⁵~0.5×10⁵Pa。

本发明通过把带有矩形阵列排布圆孔的聚乙烯板与水电极中靠近中心的放电介质板内壁用绝缘胶粘在一起，形成网格化的放电介质板，通过调节放电条件，获得可精确调节的、由人工等离子体柱、自组织等离子体柱以及未放电区域形成的、具有三种折射率的复合等离子体光子晶体。由于复合等离子体光子晶体中的人工等离子体柱和自组织等离子体柱，以及未放电区域的电子密度，对光折射也不同，因而实现了三种不同折射率的周期性排列。该等离子体光子晶体中的自组织等离子体柱的晶格常数精确可调，由于该放电电极透明以及等离子体光子晶体本身发光，因此可直接采集不同等离子体的发射光谱，并进一步对电子密度进行计算。