一種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置及一種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的方法，其中，放電條件為：放電間隙的厚度為2.0mm，外加電壓為3.5-5.1kV，頻率為55-60kHz，放電氣體為99.1%-99.9%Ar，其余為空氣，氣隙氣壓為0.65-0.8atm，溫度范圍為285-320K，濕度范圍為70%-90%RH。本發(fā)明在改變放電間隙、外加電壓幅度及頻率以及氬氣的含量等放電條件的同時(shí)，優(yōu)化水電極的尺寸大小，增加溫度控制調(diào)節(jié)裝置和濕度控制調(diào)節(jié)裝置，得到了由等離子體片、粗等離子體柱以及兩種細(xì)等離子體柱構(gòu)成的四種等離子體通道，它們和未放電區(qū)域周期性的排列自組織形成具有五種折射率的新型等離子體光子晶體結(jié)構(gòu)。該等離子體光子晶體結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，具有更廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說涉及一種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體光子晶體，是由等離子體自身密度的周期性分布或者同其它介電材料交錯(cuò)周期性排列而形成的一種新型可調(diào)光子晶體。與傳統(tǒng)光子晶體相比，等離子體光子晶體具有反常折射、時(shí)變動(dòng)態(tài)可控等特殊性質(zhì)?；谝陨咸匦裕入x子體光子晶體可以被應(yīng)用在等離子體天線、光開關(guān)以及等離子體隱身等眾多電磁波控制領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]常規(guī)的等離子體光子晶體的周期性一般為人工固定的，通常通過在平板上制作介質(zhì)棒陣列或空氣孔陣列來實(shí)現(xiàn)。如果要改變原有周期性還需要重新制作晶體模板，比較麻煩。受制作技術(shù)的限制，常規(guī)的等離子體光子晶體一般為兩種折射率交替排列構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，且對稱性一般為四邊形或六邊形等簡單對稱性。本 申請人:采用簡單的雙水電極介質(zhì)阻擋放電裝置，在先專利CN200610102333.0實(shí)現(xiàn)了三種折射率周期性排列的超晶格等離子體光子晶體，本 申請人:的另一在先專利CN201010523218.7實(shí)現(xiàn)了四種折射率周期性排列的超晶格等離子體光子晶體。這些等離子體光子晶體均為不同折射率交替排列構(gòu)成超晶格等離子體光子晶體，但相對來說，結(jié)構(gòu)上仍稍顯簡單，不能滿足某些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是要提供一種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置和方法，所述具有五種折射率的等離子體光子晶體在電磁波控制領(lǐng)域及其它工業(yè)領(lǐng)域可以有更廣泛的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置，包括真空反應(yīng)室及安裝于所述真空反應(yīng)室內(nèi)的兩個(gè)水電極，其特征是，在所述兩個(gè)水電極之間設(shè)置有正方形放電邊界；在所述真空反應(yīng)室的壁體上設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口；在所述真空反應(yīng)室上設(shè)置有溫度控制調(diào)節(jié)裝置和濕度控制調(diào)節(jié)裝置。
[0006]所述水電極的電介質(zhì)容器是由空心有機(jī)玻璃管與玻璃電介質(zhì)利用娃膠密封在一起制作而成，所述電介質(zhì)容器的尺寸為:長度為12cm，內(nèi)徑為7.2cm。
[0007]所述溫度控制調(diào)節(jié)裝置包括溫度計(jì)及纏繞在水電極上并外接循環(huán)水的塑料導(dǎo)管。所述塑料導(dǎo)管上設(shè)置有控制循環(huán)水流速的閥門。
[0008]所述濕度控制調(diào)節(jié)裝置包括濕度計(jì)及開在真空反應(yīng)室壁體上的可插入含水蒸汽的針管的噴射針孔。所述噴射針孔內(nèi)填充有密封膠塞，所述噴射針孔外側(cè)覆蓋有設(shè)置于所述真空反應(yīng)室壁體上的封閉蓋。
[0009]在所述真空反應(yīng)室上設(shè)置有壓力計(jì)。
[0010]本發(fā)明設(shè)置了真空反應(yīng)室溫度控制調(diào)節(jié)裝置和濕度控制調(diào)節(jié)裝置，通過氣體放電本身產(chǎn)生的熱量實(shí)現(xiàn)溫度的升高，通過塑料導(dǎo)管中的循環(huán)水與水電極中的水進(jìn)行熱量交換實(shí)現(xiàn)溫度的降低，由溫度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測密閉容器內(nèi)氣體的溫度值。真空反應(yīng)室內(nèi)事先充入濕度較低的混合反應(yīng)氣體，使用針管插入噴射針孔中噴入水蒸氣實(shí)現(xiàn)濕度的增加，由濕度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測真空反應(yīng)室內(nèi)氣體的濕度值。
[0011]一種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的方法，其特征在于，放電條件為:放電間隙的厚度為2.0mm，外加電壓為3.5-5.lkV，頻率為55_60kHz，放電氣體為
99.1%-99.9%Ar，其余為空氣，氣隙氣壓為0.65-0.8atm，溫度范圍為285-320K，濕度范圍為70%-90%RH。
[0012]放電條件為:放電間隙厚度為2.0mm，外加電壓為3.6kV、頻率為58kHz，氬氣含量為99.9%，氣隙氣壓為0.75atm，溫度為300 ±5K，濕度為85%RH。
[0013]本發(fā)明在改變放電間隙、外加電壓幅度及頻率以及氬氣的含量等放電條件的同時(shí)，優(yōu)化水電極的尺寸大小，增加溫度控制調(diào)節(jié)裝置和濕度控制調(diào)節(jié)裝置，使密閉容器內(nèi)溫度控制在285-320K，濕度控制在70%-90%RH，得到了由等離子體片、粗等離子體柱以及兩種細(xì)等離子體柱構(gòu)成的四種等離子體通道，它們和未放電區(qū)域周期性的排列自組織形成具有五種折射率的新型等離子體光子晶體結(jié)構(gòu)。該等離子體光子晶體結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，具有更廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明所產(chǎn)生的具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的照片。
[0016]圖3是本發(fā)明所產(chǎn)生的具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的正視示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明所產(chǎn)生的具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的立體示意圖。
[0018]圖5是圖2中所示的A、B、C、D四種等離子體通道所發(fā)射的光譜線的頻移對比圖。
[0019]圖6是圖5方框標(biāo)注部分的局部放大圖。
[0020]圖中:1、真空反應(yīng)室，2、放電邊界，3、玻璃管，4、玻璃電介質(zhì)，5、水或其它液體，6、水電極引線，7、放點(diǎn)間隙，8、出氣口，9、進(jìn)氣口，10、壓力計(jì)，11、溫度控制調(diào)節(jié)裝置，12、濕度控制調(diào)節(jié)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括真空反應(yīng)室I以及在真空反應(yīng)室I內(nèi)安裝的兩個(gè)水電極。水電極的電介質(zhì)容器由空心有機(jī)玻璃管3與玻璃電介質(zhì)4利用娃膠密封在一起制作而成，尺寸為:長度12cm，內(nèi)徑7.2cm。電介質(zhì)容器內(nèi)儲裝有水或其它液體5，電介質(zhì)容器內(nèi)插置水電極弓丨線6。在兩水電極之間設(shè)置有玻璃電介質(zhì)制的正方形放電邊界2，放電邊界2之間形成放電間隙7。在真空反應(yīng)室I的壁體上開有進(jìn)氣口 9和出氣口 8。真空反應(yīng)室I上設(shè)置有壓力計(jì)10。本發(fā)明設(shè)置了真空反應(yīng)室溫度控制調(diào)節(jié)裝置11和濕度控制調(diào)節(jié)裝置12。
[0022]溫度控制調(diào)節(jié)裝置11是由溫度計(jì)及纏繞在水電極上并外接循環(huán)水的塑料導(dǎo)管組成。通過氣體放電本身產(chǎn)生的熱量實(shí)現(xiàn)反應(yīng)室內(nèi)溫度的升高，通過塑料導(dǎo)管中的循環(huán)水與水電極中的水進(jìn)行熱量交換實(shí)現(xiàn)溫度的降低。由溫度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測真空反應(yīng)室內(nèi)氣體的溫度值，根據(jù)溫度計(jì)的數(shù)值來控制循環(huán)水的流速，進(jìn)而控制反應(yīng)室內(nèi)的溫度。濕度控制調(diào)節(jié)裝置12是由濕度計(jì)及開在真空反應(yīng)室壁體上的噴射針孔組成，噴射針孔內(nèi)填充有密封膠塞，噴射針孔外側(cè)覆蓋有設(shè)置于真空反應(yīng)室壁體上的封閉蓋。濕度降低時(shí)，打開外側(cè)的封閉蓋，使用含有水蒸汽的針管插入噴射針孔內(nèi)，向內(nèi)注入水蒸汽，最后拔出針管，關(guān)閉封閉蓋即可。
[0023]真空反應(yīng)室I內(nèi)事先充入濕度較低的混合反應(yīng)氣體，由濕度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測密閉容器內(nèi)氣體的濕度值，使用裝有水蒸汽的針管插入噴射針孔中向反應(yīng)室內(nèi)噴入水蒸汽來實(shí)現(xiàn)濕度的增加。
[0024]當(dāng)放電間隙厚度為2.0mm，外加電壓為3.6kV，頻率為58kHz，氬氣含量為99.9%，氣隙氣壓為0.75atm，溫度為300±5K，濕度為85%RH時(shí)，氣隙間的氣體被擊穿形成放電，自組織形成許多明亮的排列有序的放電絲，可產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體。
[0025]更具體地說，本發(fā)明所述的放電條件如下:放電間隙的厚度為2.0mm，外加電壓為U=3.6kV，頻率為58kHz，氬氣含量為99.9%，其余為空氣，氣壓為0.75 atm，溫度為300 ±5K，濕度為85%RH。
[0026]在圖2所示的晶體照片和圖3、圖4所示的示意圖中，等離子體光子晶體四邊形晶胞中心處的粗等離子體柱、粗等離子體柱四周的細(xì)等離子體柱、晶胞邊緣的等離子體片、等離子體片交叉點(diǎn)處的等離子體柱以及無放電發(fā)生的區(qū)域，構(gòu)成明顯不同的等離子體結(jié)構(gòu)。圖3、圖4中，A代表位于四邊形晶胞中心位置處的粗等離子體柱；B代表中心粗等離子體柱四周的細(xì)等離子體柱；(:代表四邊形晶胞邊緣處的等離子體片；D代表等離子體片交叉點(diǎn)產(chǎn)生的等離子體柱；E代表無放電發(fā)生的區(qū)域。
[0027]等離子體電子密度不同，對光的折射也不同。利用ArI (2P2 — 1S5)光譜中的
Stark展寬和頻移對晶體中不同的等離子體通道的電子密度進(jìn)行測定。圖5所顯示的為圖
2、圖3、圖4中A、B、C、D四種等離子體通道所發(fā)射的光譜線的頻移對比圖，圖6是圖5方
框標(biāo)注部分的局部放大圖。結(jié)果表明，不同等離子體通道的電子密度均不相同，這四種等離
子體通道的電子密度由大到小依次是B、A、C、D。根據(jù)介電常數(shù)公式:
【權(quán)利要求】
1.一種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置，包括真空反應(yīng)室及安裝于所述真空反應(yīng)室內(nèi)的兩個(gè)水電極，其特征是，在所述兩個(gè)水電極之間設(shè)置有正方形放電邊界；在所述真空反應(yīng)室上設(shè)置有溫度控制調(diào)節(jié)裝置和濕度控制調(diào)節(jié)裝置；在所述真空反應(yīng)室的壁體上設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置，其特征在于，所述溫度控制調(diào)節(jié)裝置包括溫度計(jì)及纏繞在水電極的外壁并外接循環(huán)水的塑料導(dǎo)管；所述塑料導(dǎo)管上設(shè)置有控制循環(huán)水流速的閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置，其特征在于，所述濕度控制調(diào)節(jié)裝置包括濕度計(jì)及開在真空反應(yīng)室壁體上的可插入含水蒸汽的針管的噴射針孔；所述噴射針孔內(nèi)填充有密封膠塞，所述噴射針孔外側(cè)覆蓋有設(shè)置于所述真空反應(yīng)室壁體上的封閉蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置，其特征在于，所述水電極的電介質(zhì)容器是由空心有機(jī)玻璃管與玻璃電介質(zhì)利用娃膠密封在一起制作而成；所述電介質(zhì)容器的尺寸為:長度為12cm，內(nèi)徑為7.2cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的裝置，其特征在于，在所述真空反應(yīng)室上設(shè)置有壓力計(jì)。
6.—種產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的方法，其特征在于，放電條件為:放電間隙的厚度為2.0mm，外加電壓為3.5-5.lkV，頻率為55_60kHz，放電氣體為99.1%-99.9%Ar，其余為空氣，氣隙氣壓為0.65-0.8atm，溫度范圍為285-320K，濕度范圍為70%-90%RH。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生具有五種折射率的新型等離子體光子晶體的方法，其特征在于，放電條件為:放電間隙的厚度為2.0mm，外加電壓為3.6kV，頻率為58kHz，氬氣含量為99.9%，氣隙氣壓為0.75atm，溫度為300±5K，濕度為85%RH。
【文檔編號】H05H1/24GK103592700SQ201310555528
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】董麗芳, 劉偉波, 王永杰, 趙龍虎, 李雪辰 申請人:河北大學(xué)