隙在所有的入射角 范圍內對TM和TE的所有偏振態(tài)光都能夠彼此銜接來進行。在所有的入射角范圍內對TM 和TE的所有偏振態(tài)光，PC2的第一個帯隙的下限與PC1的第一個帯隙的上限相銜接，PC2的 第一個帯隙的上限與PC1的第二個帯隙的下限相銜接，PC2的第二個帯隙的下限與PC1的 第二個帯隙的上限相銜接，PC2的第二個帯隙的上限與PC1的第三個帯隙的下限相銜接，依 次類推至n級PC，n為除零外的自然數。
[0017] 實施例二： 上述一維級聯等離子體光子晶體的全方位帶隙最大化設計方法，其特征在于具體設計 步驟為： (1) 根據已知前一PC的結構參數得到正入射時其第一個、第二個，……，第n個帯隙的 上限和下限； (2) 按照相級聯的PC的多個帯隙彼此能夠銜接，確定正入射時后一PC的第一個帯隙、 第二個帯隙，……，第n個帯隙的上限和下限位置區(qū)域； (3) 調節(jié)后一PC的結構參數，通過使后一PC的各帯隙位置滿足上步確定的各帯隙的上 限和下限位置區(qū)域，從而初步確定后一PC的結構參數； (4) 判斷在所有入射角范圍內，當后一PC的結構參數為上步初步確定的結構參數時， 對TM和TE的所有偏振態(tài)的光是否后一PC的各帯隙的上限和下限始終仍能與前一PC的帯 隙彼此相銜接。若是，則該參數為最終確定的后一PC的結構參數；反之，則回到上面第（3) 步，繼續(xù)調節(jié)后一PC的結構參數，直到該參數滿足第（4)步的條件，從而最終確定后一PC的 結構參數完成具有最大光子帯隙的全方位反射器的設計。 實施例三： 以兩個等離子體PC級聯的結構為例來說明基于本發(fā)明方法進行最大全方位帯隙的設 計，結構如附圖1所示。這里選取PC1和PC2中的a和b介質的周期為20 ;a介質為折射率 為2的電介質材料，且兩個PC的a介質相同，即n2a=nla=2 ;兩個PC的b介質也相同，即PC1 的b介質的介電常數和PC2的b介質的介電常數％為 ，其中電子等離子頻率碰撞頻率：V= W4，々入射光 角頻率。PCI和PC2中的b介質的折射率則為入射光角頻率兩入射光頻 率勺關系為Mp/；已知PC1的a介質厚度dla=5mm，通過設計PC2中的a和b介質的厚 度來實現最大全方位帯隙的全方位反射器。這里為簡單起見，考慮PC2的第一個帯隙分別 與PC1第一帯隙和第二帯隙相銜接的情況，即PC2的第一個帯隙的下限和PC1的第一個帯 隙的上限相銜接及PC2的第一個帯隙的上限和PC1的第二個帯隙的下限相銜接。
[0018] 按照設計方法，第一步首先確定正入射時PC1的第一個帯隙的上、下限和第二 帯隙的下限。正入射時PC1的反射譜，如圖2所示，則可得PC1的第一個帯隙的下限頻 率fm=12. 62GHz，第一個帯隙的上限頻率f11H=16. 43GHz;PC1的第二個帯隙的下限頻率 f12L=25. 33GHz； 第二步，確定正入射時PC2的第一個帯隙的上限和下限位置區(qū)域。按照設計方法思想， 則PC2的第一個帯隙的下限頻率fi應小于等于PC1的第一個帯隙上限頻率f11H，PC2的第 一個帯隙的上限頻率f21H應大于等于PCI的第二個帯隙下限頻率fia。
[0019]第三步，初步確定PC2的結構參數d2a和d2b。圖3 (a)、（b)和（c)分別為正交入 射時d2a分別為6mm、4mm和3mm時，PC2的第一個帯隙的上限頻率f21H (實線表示)、下限頻 率(帶有菱形圖案的實線表示）隨d2b的變化。其中上下兩條水平虛線分別為頻率等于 f12l=25. 33GHz的情況和等于f11H=16. 43GHz的情況。由圖3可知，d2a為6mm和4mm時，不能 同時滿足^彡：?111)和？；!11)彡？11的條件。（1 &為31111]1時，當(121)彡1.9111111，可滿足;^11^;^ 1[) 和f21H> 的條件。為便于實際應用，這里選擇厚度為整數，則初步確定的PC2的結構參 數為d2a=3mm和d2b=2mm。
[0020] 第四步，判斷在所有入射角范圍內對TM和TE偏振態(tài)的光，上步確定的結構參數是 否合適。圖4 (a)和（b)分別為對TM偏振光和TE偏振光，當d2a=3mm和d2b=2mm時，PC1的 第一個帯隙上限頻率f11H (帶有空心圓圈圖案的實線表示)、第二個帯隙下限頻率fia (帶有 實心圓圈圖案的實線表示)和PC2的第一個帯隙下限頻率f2a (帶有菱形圖案的實線表示)、 第一個帯隙上限頻率f21H(實線表示)隨入射角度的變化?？梢娫谒械娜肷浣欠秶鷥葘M 和TE偏振態(tài)的光，選擇PC2的結構參數d2a=3mm和d2b=2mm都滿足f21L<f11H和f21H彡f12L 的條件。從而最終確定的PC2的結構參數為d2a=3mm和d2b=2mm〇
[0021] 圖5 (a)和（b)分別為對TM偏振光和TE偏振光，角度分別為0°、60°和85°時，PCI 和PC2級聯結構的光譜反射率。所示兩個灰色區(qū)域的公共部分為級聯結構的全方位光子 帯隙，其寬度為16. 87GHz?；谠谙燃夹g[1]的設計方法得到的結構參數為d2a=3. 6mm和 d2b=lmm，在此參數情況下級聯結構的全方位光子帯隙寬度為8. 71GHz。對比可知，本發(fā)明方 法設計得到的全方位光子帯隙的寬度最寬。
【主權項】
1. 一種級聯的等離子體光子晶體，由電介質層和等離子體層交替疊合構成，其特征在 于：充分利用PC的多個帯隙，通過使n個相級聯的PC的n個帯隙在所有的入射角范圍內對 TM和TE的所有偏振態(tài)光都能夠彼此銜接來進行；在所有的入射角范圍內對TM和TE的所 有偏振態(tài)光，PC2的第一個帯隙的下限與PCl的第一個帯隙的上限相銜接，PC2的第一個帯 隙的上限與PCl的第二個帯隙的下限相銜接，PC2的第二個帯隙的下限與PCl的第二個帯 隙的上限相銜接，PC2的第二個帯隙的上限與PCl的第三個帯隙的下限相銜接，依次類推至 n級PC，n為除零外的自然數。2. 根據權利要求1所述的一維級聯等離子體光子晶體的全方位帶隙最大化設計方法， 其特征在于具體設計步驟為： (1) 根據已知前一 PC的結構參數得到正入射時其第一個、第二個，……，第n個帯隙的 上限和下限； (2) 按照相級聯的PC的多個帯隙彼此能夠銜接，確定正入射時后一 PC的第一個帯隙、 第二個帯隙，……，第n個帯隙的上限和下限位置區(qū)域； (3) 調節(jié)后一PC的結構參數，通過使后一 PC的各帯隙位置滿足上步確定的各帯隙的上 限和下限位置區(qū)域，從而初步確定后一 PC的結構參數； (4) 判斷在所有入射角范圍內，當后一 PC的結構參數為上步初步確定的結構參數時， 對TM和TE的所有偏振態(tài)的光是否后一 PC的各帯隙的上限和下限始終仍能與前一 PC的帯 隙彼此相銜接，若是，則該參數為最終確定的后一 PC的結構參數；反之，則回到上面第（3) 步，繼續(xù)調節(jié)后一PC的結構參數，直到該參數滿足第（4)步的條件，從而最終確定后一 PC的 結構參數完成具有最大光子帯隙的全方位反射器的設計。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種一維級聯等離子體光子晶體及其全方位帶隙最大化設計方法。本級聯光子晶體的相級聯光子晶體（PC）的多個帯隙，通過使相級聯的PC的多個帯隙在所有的入射角范圍內對TM和TE的所有偏振態(tài)光都能夠彼此銜接來進行。本發(fā)明設計方法適用于等離子體光子晶體級聯結構，且基于該方法設計得到的全方位反射器具有最大的全方位光子帯隙。
【IPC分類】G02B6/122
【公開號】CN105022115
【申請?zhí)枴緾N201510254973
【發(fā)明人】張娟, 鄒俊輝, 華東
【申請人】上海大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年5月19日