一種等離子體光子晶體發生器的製作方法

2023-05-24 16:06:46

專利名稱：一種等離子體光子晶體發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種採用平板水電極和陣列電極介質阻擋放電的方法產生穩定等離子體光子晶體的裝置，屬於等離子體技術領域。
背景技術：
光子晶體又叫光子帶隙材料，是由不同折射率的介質周期性排列而成的人工微結構。由於其周期性的存在，產生光子晶體帶隙，從而使得頻率落入該帶隙的光不能傳播。基於以上特性，光子晶體被廣泛地應用於眾多領域。目前，用於產生光子晶體的裝置主要有兩種:一種是具有兩個平板水電極的介質阻擋放電裝置，該裝置通過兩個平板水電極間不同放電絲的非線性自組織形成不同對稱性的等離子體光子晶體。由於水的熱容量很大，這種裝置的電介質在很高的外加電壓下也不會破碎，而且通過調節放電參數可形成不同等離子體光子晶體。但這種裝置的穩定性和重複性不好，很難滿足實際需要。第二種裝置的一個電極採用附著在介質板上的陣列金屬電極，另一電極採用附著在介質板上的平板金屬電極。這種裝置雖然能夠產生穩定的等離子體光子晶體，但是由於介質板的散熱性差，工作中很容易破碎，通常只能產生電子密度較低的等離子體光子晶體，頻率的可調性受到很大限制。因此，如何獲得具有較大參數調節空間的穩定等離子體光子晶體一直是人們面臨的難題。

實用新型內容本實用新型的目的在於針對現有技術之弊端，提供一種可獲得具有較大參數調節空間的穩定等離子體光子晶體的等離子體光子晶體發生器。本實用新型所述問題是以下述技術方案實現的:一種等離子體光子晶體發生器，構成中包括平面式陣列電極和平板水電極，所述陣列電極平行於平板水電極且與平板水電極相對，在其朝向平板水電極的一側設置有透明介質擋板，在透明介質擋板與平板水電極之間留有等離子體光子晶體間隙，陣列電極和平板水電極分別與高壓電源的兩極連接。上述等離子體光子晶體發生器，所述平板水電極包括電介質外殼及注入其內部的導電液體，所述電介質外殼與陣列電極相對應的部分為平行於陣列電極的透明電介質平板，電介質外殼內部的導電液體通過電極引線與高壓電源電連接。上述等離子體光子晶體發生器，所述陣列電極為網狀，其網孔形狀為正方形、正三角形或正六邊形。上述等離子體光子晶體發生器，所述網狀陣列電極的每個節點上固定有長度一致且指向平板水電極的金屬針。上述等離子體光子晶體發生器，所述網狀陣列電極上的金屬針的直徑有多種，多種直徑的金屬針周期性排列。上述等離子體光子晶體發生器，所述平板水電極的電介質外殼上設置有注水孔。[0012]本實用新型採用平板水電極和陣列電極介質阻擋放電的方法產生等離子體光子晶體，不僅可以獲得穩定的等離子體光子晶體，而且光子晶體的參數具有較大的調節空間，能夠滿足不同波段電磁波控制的需要。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。

圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是平板水電極的剖視圖；圖3 圖5是三種沒有金屬針的陣列電極的結構示意圖；圖6 圖9是四種有金屬針的陣列電極的結構示意圖；圖10是等離子體光子晶體的側視圖；圖11是A-A剖視圖。圖中各標號清單為:1、陣列電極，2、透明介質擋板，3、透明電介質平板，4、電介質外殼，5、電極引線，6、注水孔，7、高壓電源，8、放電絲(等離子體區)，9、未放電區域，10、金屬針。
具體實施方式
參看圖1，本實·用新型包括陣列電極1、透明介質擋板2、平板水電極和高壓電源7，其中，平板水電極包括內注導電液體的密閉電介質外殼4和電極弓丨線5。陣列電極I可以是平板網格型(見圖3 圖5)，網格可為正方形、矩形、六邊形、三角形等，也可以在平板網格型陣列電極的每個節點上焊接金屬針10 (見圖6 圖9)，在圖6和圖7中，各金屬針10的直徑和長度都相等；在圖8和圖9中，金屬針的長度相等但直徑不等，不同直徑的金屬針排列成不同的複雜超點陣結構。通過改變陣列電極I的製作構型可以得到不同結構的穩定的等離子體光子晶體。通過改變放電條件(外加電壓、氣壓、放電間距以及工作氣體等)可以控制不同頻率電磁波的傳播，因此，等離子體光子晶體可以具有多樣性，並且很穩定、重複性好。透明介質擋板2和電介質外殼4的材質可為玻璃、石英玻璃和塑料等，介電常數為5 - 20之間，透明介質擋板2的形狀可為圓形、矩形等。電介質外殼4設置有注水孔6，一方面可用來注入導電液體，另一方面可以使電介質外殼4的內腔與外界相通,防止放電時因導電液體發熱而導致內部壓力增大。高壓電源7即可以是直流電源，也可為交流電源，電壓幅度為Ι-lOkV，若為交流電源，其電壓頻率為10-100kHz。放電絲8的直徑、等離子體密度與外加電壓的幅度、氣壓、氣隙間距以及金屬針10的粗細有關，放電絲排列的對稱性取決於金屬陣列電極I的結構。放電絲8與未放電區域9周期性地排列形成了等離子體光子晶體。由於放電絲8的排列方式與金屬陣列電極I的結構相對應，因此產生的等離子體光子晶體穩定性好，重複性好。本實用新型的製作方法是，將陣列電極I與透明介質擋板2緊密連接，並固定於對應位置；電介質外殼4的中間部分採用管狀電介質，其兩端用透明電介質平板3密封，通過注水孔6將密封空間注滿水或其它導電液體。透明介質擋板2和電介質外殼4 一端的透明電介質平板3平行相對，之間為氣隙間距，高壓電源的高壓端和接地端分別和陣列電極、平板水電極的電極引線5連接。放電氣隙間距可通過調節兩電極的位置進行自由調節。兩電極可直接放置於空氣中，也可以放置於一個大的密閉腔中，此密閉腔的氣壓可通過真空泵調節，密閉腔內的氣體可改變，例如可充入氬氣、氦氣、氙氣等。隨著外加電壓的升高，氣隙間的氣體被擊穿形成放電，表現為許多明亮的放電絲。這些放電絲通常產生在金屬針附近或金屬網格內，因此放電絲的排列具有規則的結構，且與金屬陣列電極的對稱性一致。由於金屬陣列電極的應用，放電絲與未放電區域周期性排列，形成了等離子體光子晶體，且這些等離子體光子晶體的結構穩定、對稱性高、重複性好。人們可通過改變陣列電極的對稱性，控制等離子體光子晶體的對稱性，實現對等離子體光子晶體色散關係的控制，另外還可通過改變外加電壓的頻率、幅度以及放電氣壓等，改變等離子體的密度、進而實現對等離子體光子晶體的控 制。
權利要求1.一種等離子體光子晶體發生器，其特徵是，它包括平面式陣列電極(I)和平板水電極，所述陣列電極(I)平行於平板水電極且與平板水電極相對，在其朝向平板水電極的一側設置有透明介質擋板(2)，在透明介質擋板(2)與平板水電極之間留有等離子體光子晶體間隙，陣列電極(I)和平板水電極分別與高壓電源(7 )的兩極連接。
2.根據權利要求1所述的一種等離子體光子晶體發生器，其特徵是，所述平板水電極包括電介質外殼(4)及注入其內部的導電液體,所述電介質外殼(4)與陣列電極(I)相對應的部分為平行於陣列電極(I)的透明電介質平板(3)，電介質外殼(4)內部的導電液體通過電極引線(5)與高壓電源(7)電連接。
3.根據權利要求1或2所述的一種等離子體光子晶體發生器，其特徵是，所述陣列電極(O為網狀，其網孔形狀為正方形、正三角形或正六邊形。
4.根據權利要求3所述的一種等離子體光子晶體發生器，其特徵是，所述網狀陣列電極(I)的每個節點上固定有長度一致且指向平板水電極的金屬針(10)。
5.根據權利要求4所述的一種等離子體光子晶體發生器，其特徵是，所述網狀陣列電極(I)上的金屬針(10)的直徑有多 種，多種直徑的金屬針(10)周期性排列。
6.根據權利要求5所述的一種等離子體光子晶體發生器，其特徵是，所述平板水電極的電介質外殼(4 )上設置有注水孔(6 )。
專利摘要一種等離子體光子晶體發生器，它包括平面式陣列電極和平板水電極，所述陣列電極平行於平板水電極且與平板水電極相對，在其朝向平板水電極的一側設置有透明介質擋板，在透明介質擋板與平板水電極之間留有等離子體光子晶體間隙，陣列電極和平板水電極分別與高壓電源的兩極連接。本實用新型採用平板水電極和陣列電極介質阻擋放電的方法產生等離子體光子晶體，不僅可以獲得穩定的等離子體光子晶體，而且光子晶體的參數具有較大的調節空間，能夠滿足不同頻率電磁波控制的需要。
文檔編號H05H1/24GK203136314SQ201320113829
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月13日 優先權日2013年3月13日
發明者張新春, 李娜 申請人:華北電力大學(保定)