专利名称：一种产生具有四种折射率的等离子体光子晶体的方法
技术领域：
本发明涉及一种产生具有四种折射率的等离子体光子晶体的方法和双水电极介 质阻挡放电装置，属于等离子体应用技术领域和光学领域。
背景技术：
等离子体光子晶体，是一种等离子体与其他介质周期性排列而成的新型光子晶 体。等离子体光子晶体最大的特点是具有时空可调性和光子带隙(Band gap)。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。目前，由于受制作技术的限制，常规的等离子体光子晶体一般为两种折射率交 替排列构成，且对称性一般为四边形或六边形等简单对称性，应用范围较窄，实用性较差。本申请人在先专利200610048262.0公开了一种水电极介质阻挡放电装置，而本 申请人:的另一在先专利200610102333.0首次采用上述水电极介质阻挡放电装置实现了三 种折射率周期性排列的超晶格等离子体光子晶体。但是上述专利技术并未能实现具有四 种折射率的等离子体光子晶体的制备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种产生具有四种折射率的等离子体光子晶体 的方法，在带边界的介质阻挡放电中利用水做电极，通过调节放电条件，获得由等离子 体柱、等离子体片以及未放电区域自组织形成的具有四种折射率的等离子体光子晶体。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是
一种产生具有四种折射率的等离子体光子晶体的方法，其采用的放电装置的基本结 构包括对称设置的两个密闭电介质容器，两电介质容器中间设置放电间隙，电介质容器 内注入水形成放电电极，同时电介质容器内设置放电电极引线；放电条件如下①放电 间隙由石英玻璃制作且形状为正方形；②放电电压幅度为6kV、频率为53kHz;③放电 气隙气压为0.64X IO5Pa,氩气含量为96%，其中所述放电气隙气压为放电间隙密封空腔 内的气压。作为本发明的一种优选技术方案，所述放电间隙内密封氩气与空气的混合物。采用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明与在先专利200610102333.0 (一种产生具有三种折射率的等离子体光子晶体的方法)相比，具有如下有益效果①
结构上更加多样化，检测结果显示，在本发明的放电条件下，能够产生三种等离子体通 道(包括两种等离子体柱和一种等离子体片)，它们和未放电区域周期性的排列自组织形成具有四种折射率的等离子体光子晶体，因而，本发明的等离子体光子晶体不仅含有 在先专利200610102333.0中的等离子体柱，还包含有等离子体片，为等离子体光子晶体 的研究提供了更为广阔的空间；②本发明的制备方法在操作上更加简便，无需多次改变 放电条件，固定合适的放电参数，即可获得具有四种折射率的等离子体光子晶体，使得 本发明较在先技术更有利于工业应用；③本发明所制备的等离子体光子晶体在分析方法 上更加直观化，通过直接测量等离子体发射光谱，利用对电子密度和振动温度的测定来 反映折射率的不同，可以更加直观的反映出折射率的变化。
图1是本发明所使用的放电装置的示意图；图中，1、电介质容器2、放电间隙 3、放电间隙的边界4、放电电极引线；
图2是本发明所制备的具有四种折射率的等离子体光子晶体的实际照片； 图3是本发明所制备的具有四种折射率的等离子体光子晶体的正视示意图； 图4是本发明所制备的具有四种折射率的等离子体光子晶体的立体示意图； 图5是图3、4所示的A、B、C三种等离子体通道所发射的ArI (2P2 — IS5)光谱 线的展宽及频移对比图6是图3、4所示的A、B、C三种等离子体通道所发射的氮分子第二正帯隙(C
5Π,)光谱线的对比图。
具体实施例方式以下实施例详细说明了本发明。本发明是在本申请人的在先专利200610102333.0 (—种产生具有三种折射率的 等离子体光子晶体的方法)的基础上通过改进放电条件而实现的。本发明所采用的放电 装置可参考本申请人的在先专利200610048262.0 (—种水电极介质阻挡放电装置)。实施例1
一种产生具有四种折射率的等离子体光子晶体的方法，其采用的放电装置的基本结 构包括对称设置的两个密闭电介质容器1，两电介质容器1中间设置放电间隙2，此放电 间隙2内密封氩气与空气的混合物，电介质容器1内注入水形成放电电极，同时电介质容 器1内设置放电电极引线4;放电条件具体如下①放电间隙2由石英玻璃制作且形状为 正方形；②放电电压幅度为6kV、频率为53kHz;③放电气隙气压为0.64X IO5Pa,氩气 含量为96%，其中所述放电气隙气压为放电间隙2密封空腔内的气压。通过对电子密度和振动温度的测定来分析本实施例所得产品的折射率，首先测 量等离子体发射光谱，利用ArI (2P2 —IS5)光谱中的Stark展宽和频移估算电子密度，
并且利用氮分子第二正帯隙(C 5IIi^tfng )光谱测量分子振动温度；测量结果参看附
图，图3为本实施例的等离子体光子晶体的正视示意图，图4为其立体示意图，图中，A 为位于等离子体光子晶体的四边形晶胞中心的等离子体柱，B为位于等离子体光子晶体 的四边形晶胞顶点的等离子体柱，C为等离子体片，D为无放电发生区域；图5是图3、 4中所示的A、B、C三种等离子体通道所发射的ArI (2P2 — IS5)光谱线的展宽及频移对比图，结果表明，这三种等离子体通道的电子密度由大到小依次是A、B、C,根据介
电常数公式其中ι ，=可知不同的电子密度对应不同的介电常数，
从而进一步对应不同的折射率，这三种等离子体通道分别对应三种折射率，它们和未放 电区域自组织形成具有四种折射率的等离子体光子晶体；图6是图3、4所示的A、B、
C三种等离子体通道所发射的氮分子第二正帯隙(C3^ jB5TIe )光谱线的对比图，通过
计算可知，这三种等离子体通道的振动温度由大到小依次是C、B、A。本实施例制备的等离子体光子晶体，由于等离子体通道内的电子密度均在IO15 cm—3量级，理论研究表明如此高的电子密度足以使等离子体光子晶体出现带隙结构，阻 止某些频率光的传播，起到频率选择性光开关作用；当没有放电产生时，所有频率的光 都可以通过，而当放电条件合适，形成等离子体光子晶体后由于存在禁带能级结构使某 些频率的光禁止传播；本发明在工业生产上具有广泛的应用前景。上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单 一限制条件。
权利要求
1.一种产生具有四种折射率的等离子体光子晶体的方法，其采用的放电装置的基本 结构包括对称设置的两个密闭电介质容器(1)，两电介质容器(1)中间设置放电间隙(2)，电介质容器(1)内注入水形成放电电极，同时电介质容器(1)内设置放电电 极引线(4)；其特征在于放电条件如下①放电间隙(2)由石英玻璃制作且形状为正 方形；②放电电压幅度为6kV、频率为53kHz;③放电气隙气压为0.64X IO5Pa,氩气含 量为96%，其中所述放电气隙气压为放电间隙(2)密封空腔内的气压。
2.根据权利要求1所述的产生具有四种折射率的等离子体光子晶体的方法，其特征在 于所述放电间隙(2)内密封氩气与空气的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种产生具有四种折射率的等离子体光子晶体的方法，其采用水电极介质阻挡放电装置,放电条件如下①放电间隙由石英玻璃制作且形状为正方形；②放电电压幅度为6kV、频率为53kHz；③放电气隙气压为0.64×105Pa，氩气含量为96%。本发明在带边界的介质阻挡放电中利用水做电极，通过调节放电条件，获得由等离子体柱、等离子体片以及未放电区域自组织形成的具有四种折射率的等离子体光子晶体，在工业生产上的应用前景十分广阔。
文档编号H05H1/24GK102012538SQ201010523218
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者宋倩, 范伟丽, 董丽芳 申请人:河北大学