一種級聯等離子體光子晶體結構的全方位反射器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種一維等離子體光子晶體的異質結構，特別是一種級聯等離子體光 子晶體結構的全方位反射器，主要用于光學系統中的全方位反射器。
【背景技術】
[0002] 自從1987年，John和Yablonovitch提出光子晶體概念以來，經歷多年的發展，光子 晶體已經成為光電子學科一個發展迅速的研究領域。光子晶體是一類晶格單元與入射波長 具有同一量級的周期性人工微結構介質，光在光子晶體中傳播時會與光子晶體的周期結構 發生相互作用從而產生帶隙。利用光子晶體的帶隙可以十分方便地控制光波的傳播，其應 用潛力在各種領域都展現出來，已被用于濾波器、偏振器、光開關等各個方面。通過合理的 設計，光子晶體將具有在任何入射角度對橫電波和橫磁波都禁止的光子帯隙，具有這一特 性的光子晶體被稱為全方位反射器。獲得更寬的全方位光子帶隙是研究者努力追求的目 標。
[0003] 與二維和三維光子晶體比較，一維光子晶體具有結構簡單，易于制備等特點，因而 成為人們研究較多的一種光子晶體結構。一維光子晶體結構的全方位反射器目前主要采用 新穎的結構和新穎的材料，如加入等離子體材料的級聯結構、準周期結構等實現。
[0004] 在先技術[1](參見0ptik，2013，124:751-756)提出了一種基于等離子體材料的 級聯結構，該級聯結構可表示為(ΑΒ) 2(ν(ΑΡ)2()結構（其中A、B為不同折射率的光學薄膜介 質，P為等離子體材料層）。基于該級聯結構得到了5.07GHz全方位帶隙。可見，全方位帶隙的 寬度有限，有待進一步提高，且結構過于復雜(其光子晶體層數為80層），不利于該結構實際 的制作和應用。
[0005] 在先技術[2](參見Solid State Communications，2013，174:19_25)提出了一種 基于等離子體材料的新的Thue-Morse結構。該結構使用A、B、P三種材料，其中A、B為不同折 射率的光學薄膜介質，P為等離子體材料層，并且其Thue-Morse序列ΤοΜΡΑΒΡΚΤ^ΡΑΒΡΡ}。 該在先技術基于5階的Thue-Morse準周期結構得到了4.37GHz的全方位帶隙。但該結構過于 復雜(80層），全方位帶隙寬度也有待于進一步提高。
[0006] 在先技術[3](參見Physics Of Plasma，2012，19:112102 )提出了一種基于等離 子體材料的新的F i bonacc i準周期結構。該結構使用A、B、P三種材料，其中A、B為不同折射率 的光學薄膜介質，P為等離子體材料層;Fibonacci序列S〇={P}、Si={PABP}。該在先技術基于 10階的Fibonacci準周期結構得到了5.88GHz的全方位帶隙，但是該結構同樣過于復雜（191 層），并且該全方位帶隙寬度還有待進一步提高。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的在于克服上述在先技術的不足，提出一種級聯等離子體光子晶體結 構的全方位反射器，具有結構簡單、層數少、全方位帶隙寬度顯著提高等突出優點。
[0008] 為達到上述目的，本發明提出一種基于等離子體材料的級聯Fibonacci準周期結 構和Thue-Morse準周期結構的全方位反射器。Fibonacci準周期結構為(F3)3,上標3和下標3 分別為Fibonacci序列的周期和階數，Fibonacci序列F3=F2Fi，F2=FiFq;開始的兩個序列分別 為則F 3={PAPP};Thue-Morse準周期結構為（T2)2,上標2和下標2分別為 Thue-Morse序列的周期和階數，Thue-Morse序列TszIVn，!'、為對^按ΒΡ> Ρ_規則取反操 作，開始的序列 TfiBP'P'}，則 1''1={?'8?'}，1'2=1'11''1={8??'8?'}<^和8為具有不同折射 率的光學薄膜介質，P和P'為等離子體材料層。
[0009] 根據上述的發明構思，本發明的具體技術解決方案如下： 一種級聯等離子體光子晶體結構的全方位反射器，其特征在于：由Fibonacci準周期結 構和Thue-Morse準周期結構級聯構成。Fibonacci準周期結構為(F3)3, Fibonacci序列F3= 開始的兩個序列分別為FtHAPWPFHP}，則F3={PAPP} ; Thue-Morse準周期結 構為（T2)2，Thue-Morse序列TssIVn，!'、為對?^$ε·ρ'φ p'規則取反操作，ΤΗΒΡ'Ρ'}，則T、 = {Ρ'ΒΡ'} ,?^?ΥΓ?ΒΡ'Ρ'Ρ'ΒΡ'} j和Β為具有不同折射率的光學薄膜介質且光學厚度相 等，或者不相等;等離子體層P和P'的光學厚度相等，或者不相等。等離子體層P和P'的等離 子體頻率ω jP ω p相同，或者不相同；等離子體層P和P'的碰撞頻率γ jP γ p相同，或者不 相同。
[0010] 本發明與現有技術相比較，具有如下突出實質性特點和顯著優點： 不同于在先技術[1]的基于周期性的(AB)2()/(AP)2()級聯結構和在先技術[2]及[3]的分 別基于Thue-Morse準周期結構和Fibonacci準周期結構，本發明結構基于的是Fibonacci準 周期結構與Thue-Morse準周期結構的級聯。相比在先技術[1]、[2]的80層結構和在先技術
[3]的191層結構，本發明結構簡單，層數明顯減少（只有24層），且全方位帶隙明顯提高 (18.81GHz)。
【附圖說明】
[0011] 圖1為級聯等離子體光子晶體結構的全方位反射器結構示意圖。其中(F3)3為3個周 期的3階Fibonacci準周期結構，（T2) 2為2個周期的2階Thue-Morse準周期結構。
[0012] 圖2為實施例TE和TM偏振態光情況下，不同入射角時，（F3)3結構的反射譜。
[0013] 圖3為實施例TE和TM偏振態光情況下，不同入射角時，（T2)2結構的反射譜。
[0014] 圖4為實施例ΤΕ和ΤΜ偏振態光情況下，不同入射角時，（F3)3/ (Τ2)2級聯結構的反 射譜。
[0015] 圖5為實施例(F3)3、（T2)2和（F 3)3/(T2)2結構的全方位帶隙參量。其中fL、f H、Af^P Sf分別為各結構的全方位帶隙的頻率下限、頻率上限、全方位帶隙范圍和全方位帶隙寬度。
【具體實施方式】
[0016] 本發明的優選實施例，結合【附圖說明】如下： 實施例一： 參見圖卜圖4,本級聯等離子體光子晶體結構的全方位反射器可以表示為(F3)3/(T2