專利名稱：一種光子晶體材料及其設(shè)計方法
一種光子晶體材料及其設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光子晶體，尤其涉及一種對于特定頻率的電磁波呈負(fù)折射率的光子晶體及其設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
光子晶體即光子禁帶材料，是由兩種或兩種以上的電介質(zhì)材料周期性排列而成的人造材料，排列周期為波長量級，具有光電帶隙，可以控制電磁波在其中的傳播，在一定條件下它也可以表現(xiàn)出負(fù)折射率的現(xiàn)象。負(fù)折射率材料首先由俄國人菲斯拉格在1967提出，該材料的一個顯著特征在于 折射系數(shù)是負(fù)數(shù)，電磁波在其中的能量傳播方向與它的波矢(相位傳播方向)相反。這種材料具有負(fù)的折射系數(shù)的原因在于它的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都是負(fù)數(shù)。這與我們過去所熟悉的通常介質(zhì)有所不同，在通常介質(zhì)中，介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都是正數(shù)，折射率也是正數(shù)。2OOO 年，Smith 等人將金屬絲版和 SRR(Split Ring Resonators,開口諧振器)板有規(guī)律地排列在一起，制作了世界上第一塊介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率同時為負(fù)數(shù)的介質(zhì)。2004年，美國研究人員通過圓柱形銅柱形成的周期性結(jié)構(gòu)實現(xiàn)負(fù)折射率。但上述實現(xiàn)負(fù)折射率的光子晶體中，構(gòu)成光子晶體周期性排列的材料都呈負(fù)折射率。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種光子晶體材料，在該光子晶體材料中，構(gòu)成該光子晶體而周期性排列的材料都呈正折射率，在該光子晶體呈負(fù)折射率。在該光子晶體材料中，該光子晶體材料包括周期性交替排列的片狀介電材料A及片狀人工合成材料B，片狀介電材料A的折射率nA及片狀人工合成材料B的折射率nB均大于零，光子晶體材料的折射率nT小于零。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，片狀人工合成材料B包括多個人造微結(jié)構(gòu)以及附著基材，多個人造微結(jié)構(gòu)的幾何形狀、尺寸以及多個人造微結(jié)構(gòu)在附著基材上的分布影響片狀人工合成材料B的介電常數(shù)eB以及磁導(dǎo)率U B。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，多個人造微結(jié)構(gòu)響應(yīng)于電磁波而在其內(nèi)部積累電勢差，使得多個人造微結(jié)構(gòu)與片狀介電材料A的接合處的介電常數(shù)大于片狀介電材料A及片狀人工合成材料B的介電常數(shù)^及eB，使得片狀人工合成材料B的等效介電常數(shù)
￡ Bs大于e B。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，在片狀介電材料A與片狀人工合成材料B周期性交替排列形成的光子晶體中，介電常數(shù)e的大小呈周期性交替變化eA_eBs。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，片狀介電材料A及片狀人工合成材料B為介電絕緣材料，片狀介電材料A的介電常數(shù)^小于片狀人工合成材料B的介電常數(shù)eB。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，片狀介電材料A為陶瓷，其厚度為1mm。 在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，片狀人工合成材料B包括“ I ”字型的多個人造微結(jié)構(gòu)以及由FR4形成的附著基材，片狀人工合成材料B的厚度為1_。，光子晶體材料對于一定頻帶的電磁波呈負(fù)折射率。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，片狀人工合成材料B包括由兩個相互垂直的“I”字型組合成的多個人造微結(jié)構(gòu)以及由FR4形成的附著基材，片狀人工合成材料B的厚度為小于1mm。，光子晶體材料對于一定頻帶的電磁波呈負(fù)折射率。本發(fā)明還公開了一種設(shè)計對于特定頻率fO呈負(fù)折射率的光子晶體材料的方法，該光子晶體材料包括周期性交替排列的片狀介電材料A及片狀人工合成材料B，其中該方法包括以下步驟步驟SI，預(yù)設(shè)定光子晶體材料對特定頻率fO呈負(fù)折射率；步驟S2，選定片狀介電材料A的材料及厚度；步驟S3，確定片狀人工合成材料B的目標(biāo)介電常數(shù)以及目標(biāo)磁導(dǎo)率%及Iitl;步驟S4，設(shè)計片狀人工合成材料B，使得片狀人工合成材料B的介電常數(shù)以及磁導(dǎo)率分別為己0及Pt!。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，片狀人工合成材料B包括多個人造微結(jié)構(gòu)以及附著基材，在步驟S3包括以下步驟步驟S31，選定片狀人工合成材料B的所述基材；步驟S32,選定片狀人工合成材料B的所述人造微結(jié)構(gòu)2的材質(zhì)；步驟S33，設(shè)計人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀及尺寸，使得片狀人工合成材料B的介電常數(shù)以及磁導(dǎo)率為^及Utlt5 本發(fā)明利用折射率均大于零的材料，形成了整體呈現(xiàn)負(fù)折射率的光子晶體。本發(fā)明來提供了一種設(shè)計對于特定頻率fO呈負(fù)折射率的光子晶體材料的方法。以此方法形成的呈負(fù)折射率的光子晶體材料，該方法簡單，容易實現(xiàn)，并且可以根據(jù)需要具體調(diào)整該光子晶體對于哪個頻率范圍的電磁呈現(xiàn)負(fù)折射率，為進(jìn)一步利用呈負(fù)折射率的光子晶體材料提供了可能。

圖I是本發(fā)明的光子晶體材料的結(jié)構(gòu)；圖2示出了圖I的光子晶體材料中，片狀人工合成材料B的一種具體結(jié)構(gòu)；圖3示出了在有電磁波通過該光子晶體是，在片狀人工合成材料B的人造微結(jié)構(gòu)內(nèi)部積累電勢差的情況；圖4示出了圖I的光子晶體材料中，片狀人工合成材料B的另一種具體結(jié)構(gòu)；圖5具體公開了根據(jù)本發(fā)明設(shè)計對于特定頻率fO呈負(fù)折射率的光子晶體材料的方法；圖6中具體公開了步驟S3中設(shè)計片狀人工合成材料B使得其介電常數(shù)eA及磁導(dǎo)率y a分別為e。及y。的具體方法。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖I是本發(fā)明的光子晶體材料的結(jié)構(gòu)。參考圖1，在圖I中該光子晶體材料包括周期性排列的片狀介電材料A及片狀人工合成材料B。S表示片狀介電材料A及片狀人工合成材料B的接觸面。在本發(fā)明的實施方式中，片狀介電材料A為介電絕緣材料，其介電常數(shù)eA大于零但小于片狀人工合成材料B的介電常數(shù)e B。片狀介電材料A的折射率nA及片狀人工合成材料B的折射率nB均大于零，而光子晶體材料的折射率nT小于零。 在本實施例中，片狀介電材料A為高介電絕緣材料，其介電常數(shù)￡4及磁導(dǎo)率均大于零，而片狀介電材料A的折射率1^也大于零。參考圖2，圖2示出了本發(fā)明中使用的片狀人工合成材料B的結(jié)構(gòu)。在圖2中，本發(fā)明的片狀人工合成材料B包括介電絕緣體制成的基材I和附著在基材I上的多個人造微結(jié)構(gòu)2，這些人造微結(jié)構(gòu)2以陣列方式相互間隔地排布在基材I上。每個人造微結(jié)構(gòu)2以及其所附著的基材I部分構(gòu)成一個“結(jié)構(gòu)單元”3，整個超材料即可認(rèn)為是由無數(shù)個這樣的“結(jié)構(gòu)單元”3陣列排布而成的。通過調(diào)節(jié)多個人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀、尺寸以及該多個人造微結(jié)構(gòu)2在附著基材I上的分布來調(diào)節(jié)片狀人工合成材料B的介電常數(shù)e B以及磁導(dǎo)率Ub，使得該狀人工合成材料B得介電常數(shù)eB以及磁導(dǎo)率Ub均大于零，進(jìn)而使得該狀人工合成材料B得折射率nB也大于零。由圖2可見，人造微結(jié)構(gòu)2為“工”字形結(jié)構(gòu)，包括第一金屬絲201及分別連接在第一金屬絲201兩端且垂直于該第一金屬絲201的第二金屬絲202。由于該人造微結(jié)構(gòu)2由金屬制成，因而由現(xiàn)有技術(shù)可知，該人造微結(jié)構(gòu)2的介電常數(shù)e2小于零，而其磁導(dǎo)率U2大于零。并且，由于基材I由介電絕緣材料制成，由現(xiàn)有技術(shù)可知介電絕緣材料的介電常數(shù)及磁導(dǎo)率均大于零，因而該基材I的介電常數(shù)e !以及磁導(dǎo)率U !均大于零。而由人造微結(jié)構(gòu)2以及其所附著的基材I部分構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元3的等效介電常數(shù)S3以及等效磁導(dǎo)率U3與人造微結(jié)構(gòu)2以及其所附著的基材I各自的介電常數(shù)以及磁導(dǎo)率相關(guān)。具體而言，由于基材I及人造微結(jié)構(gòu)2的磁導(dǎo)率均大于零，因而結(jié)構(gòu)單元3的等效磁導(dǎo)率U 3大于零。又因為，基材I的介電常數(shù)h大于零，而人造微結(jié)構(gòu)2的介電常數(shù)e2小于零，因而結(jié)構(gòu)單元3的等效介電常數(shù)e3可能大于零也可能小于零。然而，可以通過調(diào)整人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀、尺寸來調(diào)整人造微結(jié)構(gòu)2的介電常數(shù)的大小，使得結(jié)構(gòu)單元3的等效介電常數(shù)e 3大于零。從而使得結(jié)構(gòu)單元3的等效介電常數(shù)e3及等效磁導(dǎo)率U3均大于零，進(jìn)而使得片狀人工合成材料B的介電常數(shù)4及磁導(dǎo)率Ub均大于零，也即使得人工合成材料B的折射率nB大于零。由上述說明可知，在本發(fā)明中，片狀介電材料A及片狀人工合成材料B的折射率均大于零，下面說明根據(jù)本發(fā)明的光子晶體。同時參考圖I及圖2，由圖I可知，片狀介電材料A與片狀人工合成材料B接合，并且在片狀介電材料A與片狀人工合成材料B上的多個人造微結(jié)構(gòu)2的接合處形成接合面
S。當(dāng)有電場通過時，響應(yīng)于電場，將在多個人造微結(jié)構(gòu)2內(nèi)部積累電勢差，如圖3所示，使得片狀介電材料A與片狀人工合成材料B的多個人造微結(jié)構(gòu)2所形成的接合面S等效于一超高介電絕緣材料，使得該接合面S的介電常數(shù)es大于片狀介電材料A及片狀人工合成材料B的介電常數(shù)h及eB，e s = meB，m在1-10之間。從而使得片狀人工合成材料B的等效介電常數(shù)eBs大于片狀人工合成材料B的介電常數(shù)eB。因而，在片狀介電材料A與片狀人工合成材料B交替排列形成的光子晶體中，介電常數(shù)e的大小呈周期性交替變化為eA_eBs。由現(xiàn)有技術(shù)可知，對于介電常數(shù)e的大小呈周期性交替變化的材料，該材料對于特定頻率的電磁波呈負(fù)折射率。因而，根據(jù)本發(fā)明的光子晶體材料對于特定頻帶的電磁波呈負(fù)折射率。通過設(shè)計光子晶體材料中片狀介電材料A及片狀人工合成材料B的介電常數(shù)及厚度，也可以使的光子晶體對于不同頻帶的電磁波呈負(fù)折射率。參考圖I及圖2，在本發(fā)明的一個實施方式中，片狀介電材料A為陶瓷，其厚度為1mm，片狀人工合成材料B包括呈“I”字型的多個人造微結(jié)構(gòu)2以及由FR4形成的附著基材1，且呈“I”字型多個的人造微結(jié)構(gòu)2相互間隔且均勻地分布在附著基材I上，其中片狀人工合成材料B的厚度為1mm。附著基材I為FR4，其厚度為小于1mm，人造微結(jié)構(gòu)2包括由銅制成的第一金屬絲201及分別連接在第一金屬絲201兩端且垂直于該第一金屬絲201的第二金屬絲202。由人造微結(jié)構(gòu)2以及其所附著的基材I部分構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元3的尺寸為入射電磁波的波長的十分之一。當(dāng)有電磁波入射到本實施方式所述的光子晶體中時，在呈“I”字型的多個人造微結(jié)構(gòu)2內(nèi)部積累電勢差，使得由陶瓷形成的片狀介電材料A與呈“I”字型的多個人造微結(jié)構(gòu)2的接合面S等效于一超高介電絕緣材料，從而使得該接合面S的介電常數(shù)e s大于片狀 介電材料A及片狀人工合成材料B的介電常數(shù)t eB，其中es = meB，m在1-10之間，優(yōu)選為5。進(jìn)而使得片狀人工合成材料B的等效介電常數(shù)eBs大于片狀人工合成材料B的介電常數(shù)eB，其中eBs = peB，P小于m，且p在1-5之間，優(yōu)選為3。因而，在片狀介電材料A與片狀人工合成材料B交替排列形成的光子晶體中，介電常數(shù)e的大小呈周期性交替變化為e a- e Bs，進(jìn)而使得光子晶體材料對于特定頻帶的電磁波呈負(fù)折射率。在本實施方式中，多個人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀、尺寸以及該多個人造微結(jié)構(gòu)2在附著基材I上的分布均相同，也即使得由人造微結(jié)構(gòu)2以及其所附著的基材I部分構(gòu)成的多個結(jié)構(gòu)單元3的等效介電常數(shù)e 3以及等效磁導(dǎo)率U 3均相同，進(jìn)而使得片狀人工合成材料B上各處的介電常數(shù)eB&磁導(dǎo)率1^均相同。然而在本發(fā)明的其他實施方式中，多個人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀、尺寸或該多個人造微結(jié)構(gòu)2在附著基材I上的分布也可以不相同，只要滿足片狀人工合成材料B上各處的介電常數(shù)4及磁導(dǎo)率Ub均大于零，即可達(dá)到本發(fā)明的目的。也即，只要片狀人工合成材料B上每個結(jié)構(gòu)單元3的等效介電常數(shù)e3及等效磁導(dǎo)率U3均大于零即可，而不要求任意兩個結(jié)構(gòu)單元3的等效介電常數(shù)e3及等效磁導(dǎo)率U 3相同。因而，在本發(fā)明的其他實施方式中，可以任意調(diào)整多個人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀、尺寸或該多個人造微結(jié)構(gòu)2在附著基材I上的分布，只要滿足結(jié)構(gòu)單元3的等效介電常數(shù)e 3及等效磁導(dǎo)率U 3均大于零即可。例如在圖4所示的另一個實施方式中，調(diào)整了多個人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀。在圖4所示的實施方式中，人造微結(jié)構(gòu)2有兩個相互垂直的“I”字型構(gòu)成。該人造微結(jié)構(gòu)2金屬絲包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個第一金屬絲201及分別連接在每個第一金屬絲201兩端且垂直于第一金屬絲201的第二金屬絲202。。在本實施方式中基材I為FR4,其厚度為小于1_。由人造微結(jié)構(gòu)2以及其所附著的基材I部分構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元3的尺寸為入射電磁波波長的十分之一。同時參考圖I及圖4，當(dāng)有電磁波入射到本實施方式所述的光子晶體中時，在呈“ I ”字型的多個人造微結(jié)構(gòu)2內(nèi)部積累電勢差，使得由陶瓷形成的片狀介電材料A與呈“ I ”字型的多個人造微結(jié)構(gòu)2的接合面S等效于一超高介電絕緣材料，從而使得該接合面S的介電常數(shù)e s大于片狀介電材料A及片狀人工合成材料B的介電常數(shù)￡4及eB，其中es= meB，m在1-10之間，優(yōu)選為5。進(jìn)而使得片狀人工合成材料B的等效介電常數(shù)e Bs。大于片狀人工合成材料B的介電常數(shù)eB，其中eBs = peB，p小于m，且p在1-5之間，優(yōu)選為3。因而，在片狀介電材料A與片狀人工合成材料B交替排列形成的光子晶體中，介電常數(shù)e的大小呈周期性交替變化為eA-eBs，進(jìn)而使得光子晶體材料對于特定頻帶的電磁波呈負(fù)折射率。在上述實施方式中說明了調(diào)整多個人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀這一種變型。然而在其他實施方式中，也可以調(diào)整多個人造微結(jié)構(gòu)2的尺寸或該多個人造微結(jié)構(gòu)2在附著基材I上的分布。在本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)型，也可以調(diào)整多個人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀，使得在片狀人工合成材料B上同時具有不同幾何形狀的人造微結(jié)構(gòu)2，例如同時具有圖2中所示的“I”字型的人造微結(jié)構(gòu)2及圖2中所示的 相互垂直的“I”字型的人造微結(jié)構(gòu)2。當(dāng)然，本發(fā)明中的人造微結(jié)構(gòu)2的具體幾何形狀并不局限于圖2及圖4所示的形狀，也可以采用其他形狀的人造微結(jié)構(gòu)2，但是其作用原理與上述作用原理相同，在此不再贅述。共同上述說明可知，本發(fā)明提供了一種光子晶體，在該光子晶體材料中，構(gòu)成該光子晶體而周期性排列的材料都呈正折射率，在該光子晶體呈負(fù)折射率。本發(fā)明還公開了一種設(shè)計對于特定頻率的電磁波呈負(fù)折射率的光子晶體材料的方法。由上述說明可知，人造微結(jié)構(gòu)的幾何形狀、尺寸以及多個人造微結(jié)構(gòu)在附著基材上的分布影響片狀人工合成材料B的介電常數(shù)eB以及磁導(dǎo)率UB。而片狀介電材料A及片狀人工合成材料B的尺寸、厚度及介電常數(shù)的不同使得光子晶體材料對于不同頻帶的電磁波呈負(fù)折射率。因而，可以根據(jù)需要，預(yù)設(shè)該光子晶體材料對某一頻帶的電磁波呈負(fù)折射率，那么可以通過挑選片狀介電材料A及片狀人工合成材料B的材料、設(shè)計片狀介電材料A及片狀人工合成材料B的尺寸、厚度及調(diào)整人造微結(jié)構(gòu)的幾何形狀、尺寸以及多個人造微結(jié)構(gòu)在附著基材上的分布來設(shè)計出符合要求的光之晶體材料。圖5具體公開了根據(jù)本發(fā)明設(shè)計對于特定頻率fO呈負(fù)折射率的光子晶體材料的方法，該光子晶體材料包括周期性交替排列的片狀介電材料A及片狀人工合成材料B，該片狀人工合成材料B包括多個人造微結(jié)構(gòu)以及附著基材。該方法包括以下步驟步驟SI，首先預(yù)設(shè)定所設(shè)計的光子晶體材料需要對哪個特定的頻率呈負(fù)折射率，在本發(fā)明中，例如設(shè)定該光子晶體材料需要對頻率為fO的光子晶體呈負(fù)折射率；步驟S2，選定片狀介電材料A的材料及厚度，在本實施方式中，例如選用由陶瓷制成的片狀介電材料A,其厚度為1mm。步驟S3，確定片狀人工合成材料B的目標(biāo)介電常數(shù)以及目標(biāo)磁導(dǎo)率及U。。由步驟S2已知了片狀介電材料A的介電常數(shù)^及磁導(dǎo)率Ua，那么根據(jù)頻率fO以及片狀介電材料A的介電常數(shù)eA及磁導(dǎo)率Ua可以確定片狀人工合成材料B的介電常數(shù)eB及磁導(dǎo)率Ub為何值時可以使得光子晶體材料對于頻率fO呈負(fù)折射率，在本實施方式中，假設(shè)在片狀人工合成材料B介電常數(shù)^及磁導(dǎo)率Ua分別為^及時，該光子晶體材料對于頻率fO呈負(fù)折射率；步驟S4 :設(shè)計片狀人工合成材料B，使得片狀人工合成材料B的介電常數(shù)e A及磁導(dǎo)率1^均大于零，且使得片狀人工合成材料B介電常數(shù)eA及磁導(dǎo)率1^分別為^及Iicitj圖6中具體公開了步驟S3中設(shè)計片狀人工合成材料B使得其介電常數(shù)eA及磁導(dǎo)率y A分別為e O及的具體方法，該方法包括步驟S31，選定片狀人工合成材料B的基材I，在本發(fā)明中，例如選用由FR4制成的基材I，其厚度為小于Imm ;步驟S32，選定片狀人工合成材料B的人造微結(jié)構(gòu)2的材質(zhì)，在本發(fā)明中，例如選用由銅制成人造微結(jié)構(gòu)2 ；步驟S33，設(shè)計人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀及尺寸，確定其介電常數(shù)82及磁導(dǎo)率U 2，使得由人造微結(jié)構(gòu)2以及其所附著的基材I部分形成的等效介電常數(shù)以及等效磁導(dǎo)率分別為^及Ucit5在本發(fā)明的實施方式中，可以通過仿真預(yù)設(shè)計人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀及尺寸，然后通過具體實驗測定，具有某種形狀及尺寸的人造微結(jié)構(gòu)2是否可以使得片狀人工合成材料B的等效介電常數(shù)以及等效磁導(dǎo)率分別為^及Utlt5或者，可以直接根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計幾何形狀及尺寸，然后通過實驗驗證具有某種形狀及尺寸的人造微結(jié)構(gòu)2是否可以 使得片狀人工合成材料B的等效介電常數(shù)以及等效磁導(dǎo)率分別為e ^及U M通過反復(fù)進(jìn)行設(shè)計，反復(fù)驗證，直至使得片狀人工合成材料B的等效介電常數(shù)以及等效磁導(dǎo)率分別為e。及U。，這樣來設(shè)計人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀及結(jié)構(gòu)。上述說明介紹了一種設(shè)計對于特定頻率fO呈負(fù)折射率的光子晶體材料的方法，該方法簡單，容易實現(xiàn)，并且可以根據(jù)需要具體調(diào)整該光子晶體對于哪個頻率范圍的電磁呈現(xiàn)負(fù)折射率，為進(jìn)一步利用呈負(fù)折射率的光子晶體材料提供了可能。在上述實施例中，僅對本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種光子晶體材料，其特征在于，所述光子晶體材料包括周期性交替排列的片狀介電材料A及片狀人工合成材料B，所述片狀介電材料A的折射率nA及所述片狀人工合成材料B的折射率nB均大于零，所述光子晶體材料的折射率nT小于零。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光子晶體材料，其特征在于，所述片狀人工合成材料B包括多個人造微結(jié)構(gòu)以及附著基材，所述多個人造微結(jié)構(gòu)的幾何形狀、尺寸以及所述多個人造微結(jié)構(gòu)在所述附著基材上的分布影響所述片狀人工合成材料B的介電常數(shù)eB以及磁導(dǎo)率U B。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子晶體材料，其特征在于，所述多個人造微結(jié)構(gòu)響應(yīng)于電磁波而在其內(nèi)部積累電勢差，使得所述多個人造微結(jié)構(gòu)與所述片狀介電材料A的接合處的介電常數(shù)大于所述片狀介電材料A及所述片狀人工合成材料B的介電常數(shù)^及eB，使得所述片狀人工合成材料B的等效介電常數(shù)eBs大于eB。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光子晶體材料，其特征在于，在所述片狀介電材料A與所述片狀人工合成材料B周期性交替排列形成的所述光子晶體中，介電常數(shù)e的大小呈周期性交替變化e A_ e Bs。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光子晶體材料，其特征在于，所述片狀介電材料A及所述片狀人工合成材料B為介電絕緣材料，所述片狀介電材料A的介電常數(shù)e A小于所述片狀人工合成材料B的介電常數(shù)eB。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光子晶體材料，其特征在于，所述片狀介電材料A為陶瓷，其厚度為1mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光子晶體材料，其特征在于，所述片狀人工合成材料B包括“ I ”字型的多個人造微結(jié)構(gòu)以及由FR4形成的附著基材，所述片狀人工合成材料B的厚度為Imm,所述光子晶體材料對于一定頻帶的電磁波呈負(fù)折射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光子晶體材料，其特征在于，所述片狀人工合成材料B包括由兩個相互垂直的“I”字型組合成的多個人造微結(jié)構(gòu)以及由FR4形成的附著基材，所述片狀人工合成材料B的厚度為1mm，所述光子晶體材料對于一定頻帶的電磁波呈負(fù)折射率。
9.一種設(shè)計對于特定頻率呈負(fù)折射率的光子晶體材料的方法，所述光子晶體材料包括周期性交替排列的片狀介電材料A及片狀人工合成材料B，其特征在于，所述方法包括以下步驟 步驟SI，預(yù)設(shè)定所述光子晶體材料對特定頻率fO呈負(fù)折射率； 步驟S2，選定所述片狀介電材料A的材料及厚度； 步驟S3，確定所述片狀人工合成材料B的目標(biāo)介電常數(shù)以及目標(biāo)磁導(dǎo)率已0及Iitl; 步驟S4,設(shè)計所述片狀人工合成材料B，使得所述片狀人工合成材料B的所述介電常數(shù)以及所述磁導(dǎo)率分別為^及Iitlt5
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光子晶體材料，其特征在于，所述片狀人工合成材料B包括多個人造微結(jié)構(gòu)以及基材，所述步驟S3包括以下步驟 步驟S31，選定所述片狀人工合成材料B的所述基材； 步驟S32，選定所述片狀人工合成材料B的所述人造微結(jié)構(gòu)2的材質(zhì)； 步驟S33，設(shè)計所述人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀及尺寸，使得所述片狀人工合成材料B的所述介電常數(shù)以及所述磁導(dǎo)率分別為^及
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光子晶體材料及其設(shè)計方法，該光子晶體材料包括周期性排列的片狀介電材料A及片狀人工合成材料B，其中，所述片狀介電材料A的折射率nA及所述片狀人工合成材料B的折射率nB均大于零，而所述光子晶體材料的折射率nT小于零。片狀人工合成材料B包括附著基材以及附著于附著基材上的人造微結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)所述人造微結(jié)構(gòu)的形狀來調(diào)節(jié)所述片狀人工合成材料B的介電常數(shù)εB以及磁導(dǎo)率μB。片狀介電材料A與所述片狀人工合成材料B交替排列形成的光子晶體中，介電常數(shù)ε的大小呈周期性交替變化為εA-εBs，從而使得所述光子晶體材料對于特定頻率的電磁波呈負(fù)折射率。
文檔編號G02B3/00GK102768375SQ20111011648
公開日2012年11月7日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 王今金 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院