[发明专利]一种频率敏感自准直现象的实现方法

说明书

本发明属于电磁波技术领域，具体为频率敏感自准直现象的实现方法。本发明设计方法包括：初步选定二维光子晶体晶格结构和材料参数，计算其TM模式下各个能带的等频图；通过调节光子晶体结构参数和材料参数，寻找到敏感自准直现象，即包含敏感自准直等频线的一组“灯笼状”等频线；建立光子晶体平板结构，结构和材料参数与前述二维光子晶体相同，在平板结构上下覆盖金属板（膜）；确定该平板结构的厚度，保证在厚度方向为单模。在微波段、THz波段、红外和可见光波段，如此上下覆盖金属板、有限厚度三维结构的TM模式能带特性与二维光子晶体的很相似，从而同样具有频率敏感自准直现象。由于该结构制备方法简单，其频率敏感自准直现象可广泛用于电磁波各个领域。

技术领域

本发明属于微波光子学技术领域。具体涉及频率敏感自准直现象的实现方法。利用金属的完美电导体近似，将光子晶体的二维模式在三维实际结构中复现。

背景技术

光子晶体中的自准直现象能够实现空间位置可自由移动的无衍射传播现象。自准直现象不依赖于非线性效应或者物理边界，在集成光路和微波单片集成电路方面都有重要应用。公开号为CN104678491A的中国发明专利“支持高频率敏感度自准直现象的光子晶体及设计方法和应用”提出了一种新的自准直现象，具有很高频率敏感度。它在电磁波衍射调控，分束方面都着重要应用。但是这个专利所涉及的频率敏感自准直现象都是在二维TE模式下，难以在三维结构直接实现。

这里就有一个重要的技术问题：如何在三维实际结构实现频率敏感自准直现象。解决了这一问题,将使得基于二维频率敏感自准直现象的各种应用器件都能够实际制作出来，大大增加了频率敏感自准直现象的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在三维实际结构实现频率敏感自准直现象的方法，使三维结构具有制作简单、易于操控等优点。

本发明提供的频率敏感自准直现象的实现方法，具体步骤如下：

步骤1、初步选定二维光子晶体晶格结构和材料参数，计算其TM模式下各个能带的等频图；

步骤2、通过调节光子晶体结构参数和材料参数，寻找到敏感自准直现象，即包含自准直等频线的一组“灯笼状”等频线；

步骤3、继续调节光子晶体参数，降低自准直区域的群速度，提高频率敏感度；

步骤4、构造有限厚度的二维光子晶体平板，定义光子晶体平板的厚度为Z方向，二维平面为XY平面，该光子晶体平板在XY平面的结构参数和材料参数与前述二维光子晶体情况相同；

步骤5、确定光子晶体平板厚度，并在平板上下覆盖金属板，保证其TM模式在厚度方向只存在单模，即在厚度方向不存在电场值为零的节点。一般来说，光子晶体平板的厚度小于λ/2n，即可保证厚度方向只存在单模，其中，λ为敏感自准直频率的真空波长，n为光子晶体的平均折射率。

步骤1中所述的二维光子晶体TM模式是指电场E垂直于二维平面的电磁波模式。

步骤1所述的光子晶体结构，包括但不限于正方晶格、长方晶格、三角晶格、菱形晶格等简单晶格结构以及六角晶格等复合晶格结构。

步骤1所述的光子晶体结构的原胞，可以由多种材料构成，其内部结构包括但不限于圆形、椭圆形、方形、长方形、三角形等几何形状。

步骤2中所述的光子晶体结构参数包括晶格矢量、各种材料填充比等。

步骤2中所述的光子晶体材料参数包括但不限于原胞各种填充材料的折射率、介电常数、磁导率、导电率等参数。

步骤2中所述的一组“灯笼状”的等频线形状类似图1中所展示的形状。

步骤5中，所述的金属板可以是铜，也可以是金、银，或者其它导电性好的金属。