本發(fā)明屬于電磁波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及支持頻率敏感自準直現(xiàn)象的光子晶體平板的設(shè)計方法。可設(shè)計出有限厚的光子晶體平板，在它的導波態(tài)中，找到頻率敏感自準直現(xiàn)象。

背景技術(shù)：

光子晶體中的自準直現(xiàn)象能夠?qū)崿F(xiàn)空間位置可自由移動的無衍射傳播現(xiàn)象。自準直現(xiàn)象不依賴于非線性效應或者物理邊界，在微觀光路系統(tǒng)設(shè)計、集成方面的巨大優(yōu)勢，引起了國內(nèi)外科研工作者的關(guān)注。公開號為cn104678491a的中國發(fā)明專利“支持高頻率敏感度自準直現(xiàn)象的光子晶體及設(shè)計方法和應用”提出了一種新的自準直現(xiàn)象，具有很高頻率敏感度。它在一些情況下也有著巨大用途，比如與非線性結(jié)合，制作傳感器、可調(diào)微透鏡以及分束器等。但是這個專利所涉及的頻率敏感自準直現(xiàn)象都是在二維te模式下，難以在三維結(jié)構(gòu)直接實現(xiàn)。

這里就有一個重要的技術(shù)問題：如何在三維實際結(jié)構(gòu)實現(xiàn)頻率敏感自準直現(xiàn)象。解決了這一將使得基于二維頻率敏感自準直現(xiàn)象的各種應用器件都能夠?qū)嶋H制作出來，大大增加了頻率敏感自準直現(xiàn)象的實用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種支持頻率敏感自準直現(xiàn)象的二維光子晶體平板的設(shè)計方法。

本發(fā)明提供的支持頻率敏感自準直現(xiàn)象的光子晶體平板的設(shè)計方法，具體步驟如下：

步驟1、初步選定二維光子晶體平板晶格結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)，定義平板厚度方向為z方向，二維平面為xy平面，計算其類te和類tm模式下各個能帶的等頻圖，在其中找到鞍點型vanhove奇異點；

步驟2、通過調(diào)節(jié)光子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)，移動鞍點型vanhove奇異點位置，尋找到敏感自準直現(xiàn)象，即包含敏感自準直等頻線的一組“燈籠狀”等頻線；

步驟3、在等頻圖中標出空氣光錐線內(nèi)區(qū)域，若自準直等頻線在光錐線內(nèi)，則提高高折射率材料填充系數(shù)或改用更大折射率的材料，直至自準線移出光錐線區(qū)域，形成導波態(tài)。

步驟1中所述的類te模式是指在平板中心電場e平行于xy平面的電磁波模式。

步驟1中所述的類tm模式是指在平板中心電場e垂直于xy平面的電磁波模式。

步驟1所述的光子晶體結(jié)構(gòu)，包括但不限于正方晶格、長方晶格、三角晶格、菱形晶格等簡單晶格結(jié)構(gòu)以及六角晶格等復合晶格結(jié)構(gòu)。

步驟1所述的光子晶體結(jié)構(gòu)的原胞，可以由多種材料構(gòu)成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括但不限于圓柱、橢圓柱、方柱、臺體、球體等幾何形狀。

步驟2中所述的光子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括晶格矢量、各種材料填充比等。

步驟2中所述的光子晶體材料參數(shù)包括但不限于原胞各種填充材料的折射率、介電常數(shù)、磁導率、導電率等參數(shù)；步驟2中所述的一組“燈籠狀”的等頻線形狀與圖2（g）中的所展示的一樣。

本發(fā)明的設(shè)計方法使得基于二維頻率敏感自準直現(xiàn)象的各種應用器件都能夠?qū)嶋H制作出來，大大增加了頻率敏感自準直現(xiàn)象的實用價值。

附圖說明

圖1鍺柱型二維正方晶格光子晶體平板類te模式能帶圖。其中，s1為鞍點型vanhove奇異點。

圖2鍺柱型二維長方晶格光子晶體平板類te模式第四能帶等頻圖。其中，長寬比β分別為：(a)β=1.00,(b)β=1.20,(c)β=1.40,(d)β=1.60,(e)β=1.80,(f)β=1.90,(g)β=2.00。

具體實施方式

下面通過一個具體實例來說明支持頻率敏感自準直現(xiàn)象的光子晶體平板的設(shè)計方法。

1、圖1中的插圖是介質(zhì)柱構(gòu)成的二維正方晶格光子晶體平板結(jié)構(gòu)圖，晶格常數(shù)為a。黑色介質(zhì)柱為鍺柱，介電常數(shù)為16，半徑為0.35a，灰色基板材料為二氧化硅，介電常數(shù)為2.1，平板高度為2.0a。采用平面波展開法計算平面波展開法計算其te-like模式的能帶，其結(jié)果展示在圖1中，在第四能帶找到了鞍點型vanhove奇異點s1；

2、改變上述正方晶格光子晶體平板格長寬比，得到如圖2(e)中插圖所示的二維長方晶格光子晶體，其x和y方向的晶格常數(shù)分別為a和b,晶格長寬比β=b/a.用平面波展開法計算得到不同β值的長方晶格光子晶體平板te-like模式第四個能帶等頻圖，結(jié)果展示在圖2；

3、在等頻圖中畫出空氣光錐線內(nèi)區(qū)域，用灰色表示，圖2（g）中的自準直頻率等頻線在光錐線外，是導波態(tài)。這樣我們就設(shè)計出了一個支持從而實現(xiàn)了頻率敏感自準直現(xiàn)象的光子晶體平板，大大增加了頻率敏感自準直現(xiàn)象的實用價值。這個設(shè)計方法可以通過尺度變換，應用到各個波段，具有普適性。

上述對實例的描述是為了便于該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可以通過對本實例的簡單修改，把此說明的一般原理應用到其他實例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做的改進和修改，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光電磁波技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種支持頻率敏感自準直現(xiàn)象的光子晶體平板的設(shè)計方法。本發(fā)明設(shè)計方法包括：初步選定二維光子晶體平板晶格結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)，計算其類TE和類TM模式下各個能帶的等頻圖，在其中找到鞍點型Van?Hove奇異點；通過調(diào)節(jié)光子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)，移動鞍點型Van?Hove奇異點位置，尋找到敏感自準直現(xiàn)象，即包含敏感自準直等頻線的一組“燈籠狀”等頻線；在等頻圖中標出空氣光錐線內(nèi)區(qū)域，若自準直等頻線在光錐線內(nèi)，則提高高折射率材料填充系數(shù)或改用更大折射率的材料，直至自準線移出光錐線區(qū)域，形成導波態(tài)。這個設(shè)計方法可以通過尺度變換，應用到各個波段，具有普適性。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣尋涯;高勝;汝廣喆;劉珈汐
受保護的技術(shù)使用者：復旦大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.24
技術(shù)公布日：2017.09.29