專利名稱：一種產生具有四種折射率的等離子體光子晶體的方法
技術領域：
本發明涉及一種產生具有四種折射率的等離子體光子晶體的方法和雙水電極介 質阻擋放電裝置，屬于等離子體應用技術領域和光學領域。
背景技術：
等離子體光子晶體，是一種等離子體與其他介質周期性排列而成的新型光子晶 體。等離子體光子晶體最大的特點是具有時空可調性和光子帶隙(Band gap)。人們可以 通過調節等離子體光子晶體的不同時空參數，包括晶格常數、介電常數、晶格對稱性、 時間周期等，改變其能帶位置和寬度，進而使頻率落入該帶隙的光禁止傳播，實現對光 頻率的選擇和光傳播的控制。基于以上特性，近年來等離子體光子晶體在濾波器、等離 子體天線、光開關以及等離子體隱身等眾多電磁波控制領域具有廣泛的應用，受到人們 的廣泛關注。目前，由于受制作技術的限制，常規的等離子體光子晶體一般為兩種折射率交 替排列構成，且對稱性一般為四邊形或六邊形等簡單對稱性，應用范圍較窄，實用性較差。本申請人在先專利200610048262.0公開了一種水電極介質阻擋放電裝置，而本 申請人:的另一在先專利200610102333.0首次采用上述水電極介質阻擋放電裝置實現了三 種折射率周期性排列的超晶格等離子體光子晶體。但是上述專利技術并未能實現具有四 種折射率的等離子體光子晶體的制備。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種產生具有四種折射率的等離子體光子晶體 的方法，在帶邊界的介質阻擋放電中利用水做電極，通過調節放電條件，獲得由等離子 體柱、等離子體片以及未放電區域自組織形成的具有四種折射率的等離子體光子晶體。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是
一種產生具有四種折射率的等離子體光子晶體的方法，其采用的放電裝置的基本結 構包括對稱設置的兩個密閉電介質容器，兩電介質容器中間設置放電間隙，電介質容器 內注入水形成放電電極，同時電介質容器內設置放電電極引線；放電條件如下①放電 間隙由石英玻璃制作且形狀為正方形；②放電電壓幅度為6kV、頻率為53kHz;③放電 氣隙氣壓為0.64X IO5Pa,氬氣含量為96%，其中所述放電氣隙氣壓為放電間隙密封空腔 內的氣壓。作為本發明的一種優選技術方案，所述放電間隙內密封氬氣與空氣的混合物。采用上述技術方案所產生的有益效果在于本發明與在先專利200610102333.0 (一種產生具有三種折射率的等離子體光子晶體的方法)相比，具有如下有益效果①
結構上更加多樣化，檢測結果顯示，在本發明的放電條件下，能夠產生三種等離子體通 道(包括兩種等離子體柱和一種等離子體片)，它們和未放電區域周期性的排列自組織形成具有四種折射率的等離子體光子晶體，因而，本發明的等離子體光子晶體不僅含有 在先專利200610102333.0中的等離子體柱，還包含有等離子體片，為等離子體光子晶體 的研究提供了更為廣闊的空間；②本發明的制備方法在操作上更加簡便，無需多次改變 放電條件，固定合適的放電參數，即可獲得具有四種折射率的等離子體光子晶體，使得 本發明較在先技術更有利于工業應用；③本發明所制備的等離子體光子晶體在分析方法 上更加直觀化，通過直接測量等離子體發射光譜，利用對電子密度和振動溫度的測定來 反映折射率的不同，可以更加直觀的反映出折射率的變化。
圖1是本發明所使用的放電裝置的示意圖；圖中，1、電介質容器2、放電間隙 3、放電間隙的邊界4、放電電極引線；
圖2是本發明所制備的具有四種折射率的等離子體光子晶體的實際照片； 圖3是本發明所制備的具有四種折射率的等離子體光子晶體的正視示意圖； 圖4是本發明所制備的具有四種折射率的等離子體光子晶體的立體示意圖； 圖5是圖3、4所示的A、B、C三種等離子體通道所發射的ArI (2P2 — IS5)光譜 線的展寬及頻移對比圖6是圖3、4所示的A、B、C三種等離子體通道所發射的氮分子第二正帯隙(C
5Π,)光譜線的對比圖。
具體實施例方式以下實施例詳細說明了本發明。本發明是在本申請人的在先專利200610102333.0 (—種產生具有三種折射率的 等離子體光子晶體的方法)的基礎上通過改進放電條件而實現的。本發明所采用的放電 裝置可參考本申請人的在先專利200610048262.0 (—種水電極介質阻擋放電裝置)。實施例1
一種產生具有四種折射率的等離子體光子晶體的方法，其采用的放電裝置的基本結 構包括對稱設置的兩個密閉電介質容器1，兩電介質容器1中間設置放電間隙2，此放電 間隙2內密封氬氣與空氣的混合物，電介質容器1內注入水形成放電電極，同時電介質容 器1內設置放電電極引線4;放電條件具體如下①放電間隙2由石英玻璃制作且形狀為 正方形；②放電電壓幅度為6kV、頻率為53kHz;③放電氣隙氣壓為0.64X IO5Pa,氬氣 含量為96%，其中所述放電氣隙氣壓為放電間隙2密封空腔內的氣壓。通過對電子密度和振動溫度的測定來分析本實施例所得產品的折射率，首先測 量等離子體發射光譜，利用ArI (2P2 —IS5)光譜中的Stark展寬和頻移估算電子密度，
并且利用氮分子第二正帯隙(C 5IIi^tfng )光譜測量分子振動溫度；測量結果參看附
圖，圖3為本實施例的等離子體光子晶體的正視示意圖，圖4為其立體示意圖，圖中，A 為位于等離子體光子晶體的四邊形晶胞中心的等離子體柱，B為位于等離子體光子晶體 的四邊形晶胞頂點的等離子體柱，C為等離子體片，D為無放電發生區域；圖5是圖3、 4中所示的A、B、C三種等離子體通道所發射的ArI (2P2 — IS5)光譜線的展寬及頻移對比圖，結果表明，這三種等離子體通道的電子密度由大到小依次是A、B、C,根據介
電常數公式其中ι ，=可知不同的電子密度對應不同的介電常數，
從而進一步對應不同的折射率，這三種等離子體通道分別對應三種折射率，它們和未放 電區域自組織形成具有四種折射率的等離子體光子晶體；圖6是圖3、4所示的A、B、
C三種等離子體通道所發射的氮分子第二正帯隙(C3^ jB5TIe )光譜線的對比圖，通過
計算可知，這三種等離子體通道的振動溫度由大到小依次是C、B、A。本實施例制備的等離子體光子晶體，由于等離子體通道內的電子密度均在IO15 cm—3量級，理論研究表明如此高的電子密度足以使等離子體光子晶體出現帶隙結構，阻 止某些頻率光的傳播，起到頻率選擇性光開關作用；當沒有放電產生時，所有頻率的光 都可以通過，而當放電條件合適，形成等離子體光子晶體后由于存在禁帶能級結構使某 些頻率的光禁止傳播；本發明在工業生產上具有廣泛的應用前景。上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單 一限制條件。
權利要求
1.一種產生具有四種折射率的等離子體光子晶體的方法，其采用的放電裝置的基本 結構包括對稱設置的兩個密閉電介質容器(1)，兩電介質容器(1)中間設置放電間隙(2)，電介質容器(1)內注入水形成放電電極，同時電介質容器(1)內設置放電電 極引線(4)；其特征在于放電條件如下①放電間隙(2)由石英玻璃制作且形狀為正 方形；②放電電壓幅度為6kV、頻率為53kHz;③放電氣隙氣壓為0.64X IO5Pa,氬氣含 量為96%，其中所述放電氣隙氣壓為放電間隙(2)密封空腔內的氣壓。
2.根據權利要求1所述的產生具有四種折射率的等離子體光子晶體的方法，其特征在 于所述放電間隙(2)內密封氬氣與空氣的混合物。
全文摘要
本發明公開了一種產生具有四種折射率的等離子體光子晶體的方法，其采用水電極介質阻擋放電裝置,放電條件如下①放電間隙由石英玻璃制作且形狀為正方形；②放電電壓幅度為6kV、頻率為53kHz；③放電氣隙氣壓為0.64×105Pa，氬氣含量為96%。本發明在帶邊界的介質阻擋放電中利用水做電極，通過調節放電條件，獲得由等離子體柱、等離子體片以及未放電區域自組織形成的具有四種折射率的等離子體光子晶體，在工業生產上的應用前景十分廣闊。
文檔編號H05H1/24GK102012538SQ201010523218
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月28日 優先權日2010年10月28日
發明者宋倩, 范偉麗, 董麗芳 申請人:河北大學