[发明专利]一种品质因数可调节的光子晶体谐振腔

说明书

该发明为一种品质因数可调节的光子晶体谐振腔，该谐振腔由注‑波互作用腔体、周期金属结构和高分子材料结构、金属圆柱腔组成。该发明中金属结构和高分子材料结构按正六边形排列,金属材料为无氧铜，高分子材料结构为聚四氟乙烯,该谐振腔将对应工作模式的电磁频率落在光子晶体禁带区，将其他干扰模式频率落在光子晶体通带区，抑制模式竞争，通过控制金属结构及高分子材料结构圆柱体的数目和排列分布，从而实现光子晶体谐振腔品质因数的可调性。

技术领域：

本发明涉及一种品质因数可调节的光子晶体谐振腔，可工作于太赫兹波段领域。

背景技术：

频率在0.1THz到10THz范围，即波长在3mm到0.03mm范围的电磁波叫做太赫兹波。由于太赫兹波脉冲很短(ps量级)，频率极高，所以其具有很高的时间和空间分辨率，由此太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，相比于X射线更具有优势。太赫兹波具有重大的发展前景，目前太赫兹辐射源已成为世界各国的研究热点之一，基于真空电子学的太赫兹辐射源为大功率太赫兹辐射源的最佳选项。迄今为止，回旋管仍然是真空电子学器件中功率最高的太赫兹辐射源。

随着回旋管向高频方向发展，如何提高高次谐波互作用效率已经成为重要研究方向。但是回旋管的高次谐波互作用有如下几个缺陷：同步范围窄，其中各项参数需要做进一步整改；互作用效率随着谐波次数的升高而迅速下降；不同的模式之间竞争相当严重。而且低次谐波易被激励，抑制了高次谐波振荡，因此，必须改进结构以抑制模式竞争、除去杂模，这样才能够有效地实现高次谐波互作用，从而提高效率。

由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出的光子晶体(Photonic Crystal)，它是一种由介质或者金属通过周期性排列而构成的一种人工材料，其最根本的特性是具有光子带隙。光子带隙的存在使得光子晶体拥有了频率选择特性，可以对非工作模式有效的进行抑制，实现单模传输，这为解决高频结构的上述种种问题提供了可能。在传统的金属谐振腔中，由于高频阶段能量损耗很大，导致品质因数很低，无法很好的实现能量传输。我们利用光子晶体的特性在谐振腔中引入一种线缺陷态便可以克服这一问题，制作出品质因数很高的微谐振腔，并且谐振腔的品质因数可以通过光子晶体的结构进行调节。

发明内容:

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种品质因数可调节的光子晶体谐振腔，该谐振腔将对应工作模式的电磁频率落在光子晶体禁带区，将其他干扰模式频率落在光子晶体通带区，抑制模式竞争，通过改变材料及结构属性控制光子晶体能带和禁带区域，从而实现光子晶体谐振腔品质因数的可调性。

本发明的目的有以下技术措施实现

品质因数可调节的光子晶体谐振腔由注-波互作用腔体、周期金属结构和高分子材料结构、金属圆柱腔组成。

金属结构和高分子材料结构按正六边形排列。

金属材料为无氧铜，高分子材料结构为聚四氟乙烯。

控制金属结构及高分子材料结构圆柱体的数目和排列分布。

本发明具有如下优点：

抑制模式竞争，实现单模传输。

品质因数高且可调整。

可工作于温度较高的环境。

附图说明：

图1为品质因数可调节的光子晶体谐振腔的结构示意图。其中1注-波互作用腔体，2-5 无氧铜圆柱体或聚四氟乙烯圆柱体，6金属圆柱腔。

图2为当图1中2-5层材料都为无氧铜时，类TE₀₄模的场分布图。

图3为当图1中2-4层材料都为无氧铜,5层材料为聚四氟乙烯时，类TE₀₄模的场分布图。