申请/专利权人：南京邮电大学

申请日：2022-06-08

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN114791671B

主分类号：G02B27/00

分类号：G02B27/00;G02B1/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.08.12#实质审查的生效;2022.07.26#公开

摘要：本发明属于光子晶体的光电技术领域，具体地说，是一种柱状光子晶体中倍周期嵌套结构的多频段吸收区扩展方法，通过软件仿真并结合麦克斯韦方程组得到有外加磁场时柱状光子晶体的吸收率表达式；调整等离子体频率和等离子体回旋频率并控制等离子体碰撞频率，得出非互易吸收性能最佳的参数范围；将单一倍周期结构的最外层沿中心方向朝外进一步扩展，得到双层倍周期结构；将双层倍周期和单一倍周期结构嵌套得到三层倍周期结构；分别调整内外两层结构的等离子体回旋频率，得到双层倍周期结构的吸收带；将三层结构中每层的等离子体回旋频率进行调整，使得吸收带实现多频段可调。

主权项：1.一种柱状光子晶体中倍周期嵌套结构的多频段吸收区扩展方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过软件仿真并结合麦克斯韦方程组得到有外加磁场时柱状光子晶体的吸收率表达式；步骤二、调整等离子体频率和等离子体回旋频率，并控制等离子体碰撞频率，得出非互易吸收性能最佳的参数范围；步骤三、将单一Period-Doubling结构的最外层沿中心方向朝外进一步扩展，并与另一单一结构进行嵌套，得到双层Period-Doubling结构；步骤四、将双层Period-Doubling和单一Period-Doubling结构嵌套得到三层Period-Doubling结构；步骤五、分别调整内外两层结构的等离子体回旋频率，得到双层Period-Doubling结构的吸收带；步骤六、将三层结构中每层的等离子体回旋频率进行调整，使得吸收带实现多频段可调；所述步骤一得到的有外加磁场时柱状光子晶体的吸收率表达式为1-rd-td，其中的反射率rd和透射率td依据以下过程来获得： 其中，的定义为哈密顿算符，J＝Jφeφ+Jzez+Jρeρ为柱坐标系下的极化电流密度，E＝ejω't'Eρ,Eφ,0，H＝ejω't'0,0,Hz，其中，Jφ的定义为极化电流密度在方位角方向的大小，eφ的定义为极化电流密度在方位角方向的单位向量，Jz的定义为极化电流密度在z轴方向的大小，ez的定义为极化电流密度在z轴方向的单位向量，Jρ的定义为极化电流密度在径向距离方向的大小，eρ的定义为极化电流密度在径向距离方向的单位向量，e的定义为自然常数，j的定义为虚数单位，ω'的定义为瞬时相位随时间变化的速度，t'的定义为时间分量，Eρ的定义为电场强度在径向距离方向的大小，Eφ的定义为电场强度在方位角方向的大小，ν是等离子体碰撞频率，ωp等离子体频率，εair和μair分别为空气的介电常数和空气的磁导率，ωc为等离子体回旋频率，其大小e'Bm，e'、m、B分别表示电子的电量、电子的质量和外加磁场的强度，Hz的定义为磁场强度在z轴方向的大小；将等离子体介电函数相关的变量进行化简整合，得到其关系公式 在上述公式中，V表示根据转移矩阵得到的不同半径处的向量表示值，ρ表示从初始半径到当前位置的径向距离；令 得到反射率rd和透射率td 其中，ω”为等离子体传输频率，j为虚数单位，为第二类汉克尔方程的导数与第二类汉克尔方程在初始半径处的比值，为第一类汉克尔方程的导数与第一类汉克尔方程在初始半径处的比值，为第二类汉克尔方程的导数与第二类汉克尔方程在最大半径处的比值，F表示传输矩阵中的元素，F’1，F’2，F’3，F’4表示对应于F’的元素，F’为F的逆，ε1和ε2为等离子体介电函数中的元素，εp为等离子体的介电函数，pair和pf分别表示波入射处介质的固有阻抗和波出射介质的固有阻抗，ρ0为初始空气层的半径， 是第一类汉克尔函数和是第二类汉克尔函数，表示波数，，而kair表示空气层中的波数，为汉克尔方程的导数与汉克尔方程之比，为第一类和第二类汉克尔方程的导数，kt为方向系数，ρt为在t处的径向值，t为空气层初始半径及最大半径，f为结构的最大半径值，a为结构的初始半径，εa为初始结构层介电常数，μa为初始结构层磁导率，cosα为波数方位值。

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