本發明屬于電磁波技術領域，具體涉及支持頻率敏感自準直現象的光子晶體平板的設計方法。可設計出有限厚的光子晶體平板，在它的導波態中，找到頻率敏感自準直現象。

背景技術：

光子晶體中的自準直現象能夠實現空間位置可自由移動的無衍射傳播現象。自準直現象不依賴于非線性效應或者物理邊界，在微觀光路系統設計、集成方面的巨大優勢，引起了國內外科研工作者的關注。公開號為cn104678491a的中國發明專利“支持高頻率敏感度自準直現象的光子晶體及設計方法和應用”提出了一種新的自準直現象，具有很高頻率敏感度。它在一些情況下也有著巨大用途，比如與非線性結合，制作傳感器、可調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象都是在二維te模式下，難以在三維結構直接實現。

這里就有一個重要的技術問題：如何在三維實際結構實現頻率敏感自準直現象。解決了這一將使得基于二維頻率敏感自準直現象的各種應用器件都能夠實際制作出來，大大增加了頻率敏感自準直現象的實用價值。

技術實現要素：

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

本發明提供的支持頻率敏感自準直現象的光子晶體平板的設計方法，具體步驟如下：

步驟1、初步選定二維光子晶體平板晶格結構和材料參數，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、通過調節光子晶體結構參數和材料參數，移動鞍點型vanhove奇異點位置，尋找到敏感自準直現象，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區域，若自準直等頻線在光錐線內，則提高高折射率材料填充系數或改用更大折射率的材料，直至自準線移出光錐線區域，形成導波態。

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所述的光子晶體結構，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構以及六角晶格等復合晶格結構。

步驟1所述的光子晶體結構的原胞，可以由多種材料構成，其內部結構包括但不限于圓柱、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構參數包括晶格矢量、各種材料填充比等。

步驟2中所述的光子晶體材料參數包括但不限于原胞各種填充材料的折射率、介電常數、磁導率、導電率等參數；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。

本發明的設計方法使得基于二維頻率敏感自準直現象的各種應用器件都能夠實際制作出來，大大增加了頻率敏感自準直現象的實用價值。

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象的光子晶體平板的設計方法。

1、圖1中的插圖是介質柱構成的二維正方晶格光子晶體平板結構圖，晶格常數為a。黑色介質柱為鍺柱，介電常數為16，半徑為0.35a，灰色基板材料為二氧化硅，介電常數為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，結果展示在圖2；

3、在等頻圖中畫出空氣光錐線內區域，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。這樣我們就設計出了一個支持從而實現了頻率敏感自準直現象的光子晶體平板，大大增加了頻率敏感自準直現象的實用價值。這個設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域的普通技術人員能夠理解和使用發明。熟悉本領域的技術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過創造性的勞動。因此，本發明不限于上述實例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做的改進和修改，均在本發明的保護范圍之內。

技術特征：

技術總結
本發明屬于光電磁波技術領域，具體為一種支持頻率敏感自準直現象的光子晶體平板的設計方法。本發明設計方法包括：初步選定二維光子晶體平板晶格結構和材料參數，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；通過調節光子晶體結構參數和材料參數，移動鞍點型Van?Hove奇異點位置，尋找到敏感自準直現象，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區域，若自準直等頻線在光錐線內，則提高高折射率材料填充系數或改用更大折射率的材料，直至自準線移出光錐線區域，形成導波態。這個設計方法可以通過尺度變換，應用到各個波段，具有普適性。

技術研發人員：蔣尋涯;高勝;汝廣喆;劉珈汐
受保護的技術使用者：復旦大學
技術研發日：2017.06.24
技術公布日：2017.09.29