一维等离子体光子晶体带隙特性研究：介质阻挡放电新发现

"介质阻挡放电中一维等离子体光子晶体及其带隙特性 (2012年) - 河北大学学报(自然科学版) - 范伟丽，董丽芳" 这篇2012年的论文研究了在双水电极大气压氩气介质阻挡放电条件下生成的一维等离子体光子晶体及其独特的带隙特性。介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）是一种非平衡等离子体产生方法，通常在两个电极之间使用绝缘层来限制电流并维持稳定的放电状态。在这种放电过程中，作者成功地制备出了一种可调的一维等离子体光子晶体。 论文利用量子力学中的Kronig-Penney模型来模拟和解析周期性势场，以此解决Maxwell方程，进而得到一维等离子体光子晶体的色散关系。色散关系描述了光在晶体中传播的频率与波矢之间的关系，对于理解和预测光子晶体的光学行为至关重要。 研究进一步探讨了不同参数如晶格常数、等离子体与介质的厚度比以及电子密度对等离子体光子晶体带隙的影响。带隙是光子晶体的一个关键特性，它定义了光在特定频段内无法在晶体中传播的区域。当晶格常数增大时，等离子体光子晶体的能级位置降低，相速度减小，这意味着光子在晶体中的传播特性发生了变化。而保持晶格常数不变，增加等离子体填充比（即等离子体占据的空间比例）会使得带隙位置略微升高，并且光子带隙的数量也会增加。 此外，研究发现当电子密度超过1020 m-3时，等离子体光子晶体显示出明显的禁带宽度。禁带宽度是衡量光子晶体阻止光传输能力的重要指标，大的禁带宽度意味着更强的光子限制效应，这对于光子器件的设计和应用具有重要意义，例如在光通信、光子计算和光电材料等领域。 这篇论文揭示了介质阻挡放电环境下一维等离子体光子晶体的制备方法及调控其带隙特性的途径，为理解和利用这种新型材料在光学领域的潜在应用提供了理论基础。通过精细调整这些参数，可以设计出具有特定光学特性的等离子体光子晶体，以满足不同光学应用的需求。