專利名稱：一種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光子晶體，屬于光電子技術領域。
背景技術：
光子產(chǎn)業(yè)中存在著一種基礎的材料——光子晶體，光子晶體的研究不僅僅是光通訊領域內(nèi)的問題，同時它對其他相關產(chǎn)業(yè)也將產(chǎn)生巨大的影響。自從1987年Yablonowitch 和John分別獨立地提出了光子晶體和光子禁帶的概念以來，光子晶體就成為國內(nèi)外都受到極大重視的熱點課題，在光學物理、凝聚態(tài)物理、電磁波、信息技術等領域引起了人們廣泛的關注。在這短短二十年里，光子晶體在理論研究和實驗研究方面都取得了顯著的成果， 并且在某些領域也有了一定的應用，比如光子晶體光集成回路、光子晶體光波導、光子晶體濾波器等。但這畢竟是一種全新的概念，對它的研究還不夠深入和廣泛，其很多特性還沒有得到很好的應用，有必要開展進一步的研究，尤其是在可見光波段全向禁帶的實現(xiàn)與展寬方面。而光子晶體三維全空間禁帶的獲得是光子晶體諸多應用得以實現(xiàn)的前提，因此，三維全空間禁帶的實現(xiàn)及其制備技術更是受到人們的廣泛關注，并一直是光子晶體領域理論、 實驗和應用研究所關注的熱點。目前，實現(xiàn)全空間禁帶一直是人們所追求的，但是，有些時候在光子晶體的應用中可能并不需要具有全空間禁帶的光子晶體，而是需要禁帶位置可調(diào)節(jié)的光子晶體，也即所需的禁帶寬度可能并不是很寬，但是其中心位置可能需要多個。針對該需求，中國專利 CN155^66A提出了一種調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的方法，其方法是用向光子晶體結構中填充具有不同介電常數(shù)的液體，如水ε =1.77，甘油ε = 2. 25，液體將占據(jù)原來空氣的位置， 因此光子晶結構的構成發(fā)生改變，ε隨空間變化的函數(shù)發(fā)生改變，因此其禁帶位置也就發(fā)生了改變，需要調(diào)整到什么波段，只需填充相應ε值的液體，這種方法雖然能夠提供禁帶位置可調(diào)的光子晶體，但是，這種方法存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)在以下兩個方面1、對于某個特定禁帶位置來說，可能現(xiàn)實當中并不存在與其對應的液體，也即沒有任何一種液體的折射率能夠使得光子晶體的禁帶位置處于那個特定的點上，或者即使有這種液體，但是這種液體由于具有腐蝕性或者光學特性不穩(wěn)定等因素而不適于填充到光子晶體中；2、該方法只能提供間斷點的禁帶位置，但是在有些情況下我們可能需要禁帶位置是連續(xù)變化的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為解決上述問題而提出的，提供一種禁帶位置連續(xù)可調(diào)的光子晶體及其制作方法，很好的解決現(xiàn)有技術中所存在的問題之一或全部。本發(fā)明的思想是將一種折射率連續(xù)可調(diào)的流體填充到光子晶體結構中，這樣也就實現(xiàn)了光子晶體禁帶位置的連續(xù)可調(diào)。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的裝置，其特征在于流體混合器的兩個輸入端分別連接第一流體導管和第二流體導管，這兩根流體導管分別接入一種流體，這兩種流體相溶并且折射率不同，所述的第一流體導管上設置有第一流量開關，第二流體導管上設置有第二流量開關，所述兩個流量開關用于控制流體導管中流體的流量；所述流體混合器的輸出端通過第三流體導管與流體緩沖器的輸入端連接，所述流體緩沖器的輸出端通過第四流體導管與容器的輸入端連接，所述容器內(nèi)置有光子晶體，通過第四流體導管進入所述容器內(nèi)的流體可進入光子晶體內(nèi)的空氣所占據(jù)的位置，所述容器的輸出端通過第五流體導管與回收處理裝置連接，所述第五流體導管上設置有第三流量開關，所述第一，第二和第三流量開關都由控制器來進行流量控制。根據(jù)本發(fā)明的另外一實施例，提供了一種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的裝置，其特征在于流體混合器的兩個輸入端分別連接第一流體導管和第二流體導管，這兩根流體導管分別接入一種流體，這兩種流體相溶并且折射率不同，所述的第一流體導管上設置有第一流量開關，第二流體導管上設置有第二流量開關，所述兩個流量開關用于控制流體導管中流體的流量；所述流體混合器的輸出端通過第三流體導管與流體緩沖器的輸入端連接，所述流體緩沖器的輸出端通過第四流體導管與光子晶體的輸入端連接，通過第四流體導管進入光子晶體內(nèi)的流體可占據(jù)光子晶體內(nèi)空氣所占據(jù)的位置，所述光子晶體的輸出端通過第五流體導管與回收處理裝置連接，所述第五流體導管上設置有第三流量開關，所述第一，第二和第三流量開關都由控制器來進行流量控制。根據(jù)前述的兩個實施例，其中所述的回收處理裝置是蒸餾裝置或膜分離裝置。根據(jù)前述的兩個實施例，其中所述的兩種流體全部為液體或者全部為氣體。根據(jù)前述的兩個實施例，其中所述的兩種流體分別為水和甘油。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的方法，其特征在于；流體混合器輸入端上的兩根流體導管上的流量開關在控制器的作用下根據(jù)所需要的折射率控制流入流體混合器內(nèi)的兩種流體的量，從而得到混合流體，所述的兩種流體相溶且折射率不同，然后混合流體經(jīng)流體導管流入流體緩沖器內(nèi)，然后混合流體再經(jīng)流體導管進入容器，容器內(nèi)置有光子晶體，進入容器內(nèi)的混合流體可占據(jù)光子晶體內(nèi)原先空氣所占據(jù)的位置，如果需要改變光子晶體禁帶的位置，則首先計算改變禁帶位置所需的混合流體的折射率是多少，然后根據(jù)計算的折射率計算需要向光子晶體內(nèi)添加兩種流體中的哪一種，以及需要添加的量，然后根據(jù)此需要添加的量由所述控制器打開容器與回收處理裝置之間的流量開關，從而先從容器內(nèi)放出相應量的混合流體，放出相應量的混合流體之后由所述控制器打開所需那種流體的流體導管上的流體開關，向容器內(nèi)放入所述需要添加的量。根據(jù)本發(fā)明的另外一種實施例，提供了一種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的方法， 其特征在于流體混合器輸入端上的兩根流體導管上的流量開關在控制器的作用下根據(jù)所需要的折射率控制流入流體混合器內(nèi)的兩種流體的量，從而得到混合流體，所述的兩種流體相溶且折射率不同，然后混合流體經(jīng)流體導管流入流體緩沖器內(nèi)，然后混合流體再經(jīng)流體導管進入光子晶體，進入光子晶體內(nèi)的混合流體可占據(jù)光子晶體內(nèi)原先空氣所占據(jù)的位置，如果需要改變光子晶體禁帶的位置，則首先計算改變禁帶位置所需的混合流體的折射率是多少，然后根據(jù)計算的折射率計算需要向光子晶體內(nèi)添加兩種流體中的哪一種，以及需要添加的量，然后根據(jù)此需要添加的量由所述控制器打開光子晶體與回收處理裝置之間的流量開關，從而先從光子晶體內(nèi)放出相應量的混合流體，放出相應量的混合流體之后由所述控制器打開所需那種流體的流體導管上的流體開關，向光子晶體內(nèi)放入所述需要添加的量。根據(jù)前述的兩個實施例，其中所述的回收處理裝置是蒸餾裝置或膜分離裝置。根據(jù)前述的兩個實施例，其中所述的兩種流體全部為液體或者全部為氣體。根據(jù)前述的兩個實施例，其中所述的兩種流體分別為水和甘油。


附圖1是本發(fā)明實現(xiàn)光子晶體的禁帶位置連續(xù)可調(diào)的一實施例結構示意圖；附圖2是本發(fā)明實現(xiàn)光子晶體的禁帶位置連續(xù)可調(diào)的另外一實施例結構示意圖；在上述的兩個附圖中，(1)表示開關控制器，(2)表示流體導管，(3)表示流體導管上的開關，(4)表示流體混合器，(5)表示流體緩沖器，(6)表示容器，(7)表示光子晶體， (8)表示回收處理裝置。
具體實施例方式第一實施例流體混合器的兩個輸入端分別連接一根流體導管O)，這兩根流體導管分別接入一種流體，這兩種流體的折射率不同并且能夠相溶，例如一根流體導管接入水，另外一根流體導管接入甘油，所述的兩根流體導管上各設置有一個流量開關(3)，該流量開關用于控制流體導管中流體的流量。流體混合器的輸出端通過流體導管與流體緩沖器( 的輸入端連接，流體緩沖器( 的輸出端通過流體導管與容器(6)的輸入端連接，容器(6)內(nèi)置有光子晶體(7)，通過流體導管進入容器(6)內(nèi)的流體可進入光子晶體(7)內(nèi)的空氣所占據(jù)的位置，容器(6)的輸出端通過導管與回收處理裝置⑶連接，容器(6)與回收處理裝置⑶ 之間的導管上設置有流量開關，并且，上述所有的流量開關都是由控制器(1)來進行流量控制。通過上述的裝置就可以實現(xiàn)光子晶體禁帶位置的連續(xù)調(diào)節(jié)，詳細的調(diào)節(jié)方法如下，流體混合器輸入端上的兩根流體導管上的流量開關在控制器的作用下根據(jù)所需要的折射率控制流入流體混合器內(nèi)的兩種流體的量，兩種流體在流體混合器內(nèi)得到充分的混合， 然后經(jīng)流體導管流入流體緩沖器內(nèi)，實現(xiàn)流體流速的穩(wěn)定與舒緩，然后再經(jīng)流體導管流入容器(6)內(nèi)，進入容器(6)內(nèi)的混合流體進入光子晶體(7)內(nèi)原先空氣所占據(jù)的位置，這樣就可以在光子晶體(7)內(nèi)填充具有兩種流體的折射率之間任意數(shù)值的折射率的流體，只需要通過控制器設置兩種流體的流量即可，通過控制兩種流體的比例實現(xiàn)對折射率的控制， 如果折射率高的流體所占的比例大，混合流體的折射率就大，反之亦然，只要控制兩種流體的比例關系即可實現(xiàn)任意折射率的需求。如果需要改變光子晶體禁帶的位置，則首先計算改變禁帶位置所需的混合流體的折射率是多少，然后根據(jù)計算的折射率計算需要向容器(6)內(nèi)添加兩種流體中的哪一種， 以及需要添加多少，然后根據(jù)此需要添加的量由控制器打開容器(6)與回收處理裝置(8) 之間導管上的流量開關，從而先從容器(6)內(nèi)放出相應量的混合流體，放出相應的量之后將該流量開關關閉，然后控制所需那種流體的導管上的開關打開，向流體混合器內(nèi)放入所述需要添加的量。當需要改變禁帶位置的時候只需要根據(jù)相應的計算結果，改變?nèi)萜?6)內(nèi)的兩種流體的不同含量比即可。其中的流體緩沖器的設置可以提高調(diào)節(jié)的速度，因為流體緩沖器可以縮短混合流體穩(wěn)定時間，而混合流體的穩(wěn)定性對于光子晶體禁帶的位置的影響是至關重要的。對于回收處理裝置(8)所接收的混合流體，可以使用恰當?shù)姆椒▽⒒旌狭黧w分離以進行再次使用，例如對于水和甘油的混合流體則可以使用蒸餾或膜分離的方法來實現(xiàn)， 但是如果混合是兩種氣體，在氣體無害的情況下，則可以直接將兩種氣體排出到大氣中。其中禁帶位置的調(diào)節(jié)范圍依據(jù)所混合的兩種流體的折射率差而變化，如果需要的調(diào)節(jié)是大范圍的粗調(diào)節(jié)，可使用兩種折射率差比較大的液體，例如上面所提及的水和甘油， 當然，選用其他兩種相溶的液體也是可以的，如果需要的調(diào)節(jié)是小范圍的精細調(diào)節(jié)，則可以使用兩種折射率差比較小的氣體，例如從大氣的成分中選擇兩種折射率比較相近的氣體即可，這種選擇就比較隨意，因為它們一般不會發(fā)生不相溶的情況。第二實施例附圖2示出了本發(fā)明的第二個實施例，該實施例與第一實施例不同之處在于該實施例是將混合流體直接注入到光子晶體(7)內(nèi)部，也即流體導管直接與光子晶體的輸入端和輸出端連接，而不是注入到置有光子晶體的容器內(nèi)，其余的設置與第一實施例均是一致的，其調(diào)節(jié)方法與第一實施例也是一樣的。
權利要求
1.一種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的裝置，其特征在于流體混合器(4)的兩個輸入端分別連接第一流體導管和第二流體導管，這兩根流體導管分別接入一種流體，這兩種流體相溶并且折射率不同，所述的第一流體導管上設置有第一流量開關，第二流體導管上設置有第二流量開關，所述兩個流量開關用于控制流體導管中流體的流量；所述流體混合器的輸出端通過第三流體導管與流體緩沖器的輸入端連接，所述流體緩沖器的輸出端通過第四流體導管與容器的輸入端連接，所述容器內(nèi)置有光子晶體，通過第四流體導管進入所述容器內(nèi)的流體可進入光子晶體內(nèi)的空氣所占據(jù)的位置，所述容器的輸出端通過第五流體導管與回收處理裝置連接，所述第五流體導管上設置有第三流量開關，所述第一，第二和第三流量開關都由控制器來進行流量控制。
2.一種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的裝置，其特征在于流體混合器的兩個輸入端分別連接第一流體導管和第二流體導管，這兩根流體導管分別接入一種流體，這兩種流體相溶并且折射率不同，所述的第一流體導管上設置有第一流量開關，第二流體導管上設置有第二流量開關，所述兩個流量開關用于控制流體導管中流體的流量；所述流體混合器的輸出端通過第三流體導管與流體緩沖器的輸入端連接，所述流體緩沖器的輸出端通過第四流體導管與光子晶體的輸入端連接，通過第四流體導管進入光子晶體內(nèi)的流體可占據(jù)光子晶體內(nèi)空氣所占據(jù)的位置，所述光子晶體的輸出端通過第五流體導管與回收處理裝置連接，所述第五流體導管上設置有第三流量開關，所述第一，第二和第三流量開關都由控制器來進行流量控制。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其中所述的回收處理裝置是蒸餾裝置或膜分離裝置。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其中所述的兩種流體全部為液體或者全部為氣體。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其中所述的兩種流體分別為水和甘油。
6.一種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的方法，其特征在于流體混合器輸入端上的兩根流體導管上的流量開關在控制器的作用下根據(jù)所需要的折射率控制流入流體混合器內(nèi)的兩種流體的量，從而得到混合流體，所述的兩種流體相溶且折射率不同，然后混合流體經(jīng)流體導管流入流體緩沖器內(nèi)，然后混合流體再經(jīng)流體導管進入容器，容器內(nèi)置有光子晶體，進入容器內(nèi)的混合流體可占據(jù)光子晶體內(nèi)原先空氣所占據(jù)的位置，如果需要改變光子晶體禁帶的位置，則首先計算改變禁帶位置所需的混合流體的折射率是多少，然后根據(jù)計算的折射率計算需要向光子晶體內(nèi)添加兩種流體中的哪一種，以及需要添加的量，然后根據(jù)此需要添加的量由所述控制器打開容器與回收處理裝置之間的流量開關，從而先從容器內(nèi)放出相應量的混合流體，放出相應量的混合流體之后由所述控制器打開所需那種流體的流體導管上的流量開關，向容器內(nèi)放入所述需要添加的量。
7.—種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的方法，其特征在于流體混合器輸入端上的兩根流體導管上的流量開關在控制器的作用下根據(jù)所需要的折射率控制流入流體混合器內(nèi)的兩種流體的量，從而得到混合流體，所述的兩種流體相溶且折射率不同，然后混合流體經(jīng)流體導管流入流體緩沖器內(nèi)，然后混合流體再經(jīng)流體導管進入光子晶體，進入光子晶體內(nèi)的混合流體可占據(jù)光子晶體內(nèi)原先空氣所占據(jù)的位置，如果需要改變光子晶體禁帶的位置， 則首先計算改變禁帶位置所需的混合流體的折射率是多少，然后根據(jù)計算的折射率計算需要向光子晶體內(nèi)添加兩種流體中的哪一種，以及需要添加的量，然后根據(jù)此需要添加的量由所述控制器打開光子晶體與回收處理裝置之間的流量開關，從而先從光子晶體內(nèi)放出相應量的混合流體，放出相應量的混合流體之后由所述控制器打開所需那種流體的流體導管上的流量開關，向光子晶體內(nèi)放入所述需要添加的量。
8.根據(jù)權利要求6或7的方法，其中所述的回收處理裝置是蒸餾裝置或膜分離裝置。
9.根據(jù)權利要求6或7的方法，其中所述的兩種流體全部為液體或者全部為氣體。
10.根據(jù)權利要求6或7的方法，其中所述的兩種流體分別為水和甘油。
全文摘要
一種連續(xù)調(diào)節(jié)光子晶體禁帶位置的裝置及方法。將一種折射率連續(xù)可調(diào)的流體填充到光子晶體結構中，這樣也就實現(xiàn)了光子晶體禁帶位置的連續(xù)可調(diào)。
文檔編號G02B26/00GK102230989SQ20111016690
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月12日 優(yōu)先權日2011年6月12日
發(fā)明者任芝, 李松濤 申請人:華北電力大學(保定)