一种isi结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置的制造方法
一种isi结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置的制造方法
【技术领域】：
[0001 ] 本发明属于电磁防护技术领域，设及一种新型ISI (insulator-semiconductor-insulator,绝缘体-半导体-绝缘体)结构的二维光子晶体电磁福射防护装置，特别是一种 二维、软体、可更换的光子晶体结构，中间为高折射率材料构建的介质柱散射元，四周由低 折射率的软体材料填充和包围，根据电磁波模式(TE或TM)为单层、双层或多层ISI结构，结 构都具有较宽光子禁带，可与防腐等其他防护结合，便于实际采用。
【背景技术】：
[0002] 目前，雷达、天线等通讯设备W及坦克等武器装备，都涂有迷彩漆或套有迷彩衣， W达到防腐蚀和防侦查等目的，但是，还存在W下问题:一是雷达、天线等通讯设备的基座 会一定程度上吸收发射的电磁波，从而对其发射效率产生影响，特别是有些基座上有金属 材料时，影响很大;二是一些精密仪器，如信号源、传感器和微波通讯等，要禁止一些特殊频 率的电磁波(与仪器工作频率相近的电磁波）的干扰，但是有时无法有效屏蔽;Ξ是坦克、火 炮等武器装备有迷彩漆或套有迷彩衣色遮挡后，肉眼不宜发现，但是它们仍难W避开专口 电磁仪器的追踪，其本身由于运动或发射炮弹时溫度升高时，红外福射加强，易被专口电磁 仪器探测到。因此，有效地防止某些频率的电磁福射，不管在民用设备还是军工器材都是亟 待解决的问题。光子晶体结构具有特殊的性质，可设计某些特殊的光子晶体结构有效地应 用到运些方面，从而发挥起独特的作用。
[0003] 光子晶体不是特殊的晶体，而是近二十几年来出现的一种新型材料结构一周期性 变化的微纳结构。它最基本的特点是具有光子禁带，即某些特殊频率的电磁波不能在光子 晶体结构里传播。目前，光子晶体成为国内外物理、化学、材料、通信等领域研究的热点。理 论和技术都已经证明：光子晶体结构可W广泛用于反射镜、激光、波导、光纤、传感器和太阳 能等很多领域。光子晶体结构具有易于集成，可W通过设计结构来控制其禁带效果;光子晶 体结构属于无量纲结构，可W根据工作波长(或频率)的变化，对结构成比例的扩大或缩小， 因此应用广泛;一般的光子晶体结构工作环境没有特殊要求，可W在常溫下工作，也便于与 其它结构禪合或匹配等许多优势。
[0004] 光子晶体结构可W制作成微带传输线和天线，也可W用于红外隐身等许多方面。 但是现在研究中，除了一些二维或Ξ维天线结构，其他结构多为一维薄层结构，存在着:工 作带宽窄;功率容量小;损耗降低不理想;许多结构只考虑了电磁波的TE或TM模式)之一，没 有将二者统一考虑;多为一次性使用，无法随不同设备变形;没有考虑材料厚度和覆盖等实 际问题的影响。运些因素在一定程度上影响了相关光子晶体结构的实际应用。
[0005] 目前，常见的光子晶体结构是S0I( semiconductor-on-insulator，半导体在绝缘 体上）模式，很少采用ISI (insulator-semiconductor-insulator，绝缘体-半导体-绝缘体） 模式。也没有可W大面积实现的，根据电磁波(TE或TM模式)可W单层、双层或多层ISI结构， 而且是二维、软体、可更换、宽禁带、具有一定厚度的ISI光子晶体结构。如果能根据电磁波 传播模式(TE或TM模式），设计实用化的宽禁带光子晶体结构，并与其他防护结合，应用于提 高通讯效率、武器红外隐身和特殊频率防护等方面，会较大提高仪器设备在信息传输、传感 和隐身等器材的性能，也拓展了光子晶体结构在通信和军工等方面的应用。
【发明内容】
：
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种新型ISI结构的二维光子 晶体电磁福射防护装置，尤其是一种二维、软体、可更换、宽禁带、具有一定厚度的ISI光子 晶体结构，根据电磁波(TE或TM模式)设为单层、双层，甚至是多层的ISI结构，每层中间都是 由高折射率材料构建的介质柱散射元，四周由低折射率材料填充和包围，可与防腐等其他 防护结合，结构稳定，便于加工、规模生产和实际使用。
[0007] 为了实现上述目的，本发明的主体结构包括迷彩层、ISI整体结构和附着层，ISI整 体结构设置在迷彩层和附着层之间，迷彩层为迷彩漆或迷彩衣层，其中迷彩漆为粉刷的防 诱漆，迷彩衣层为套在ISI整体结构上的迷彩衣层，具有防水、防腐蚀和便于隐蔽等功能； ISI整体结构为单层、双层或多层ISI光子晶体结构，W保证在TE模式或TM模式下，ISI整体 结构有较大禁带的特性;附着层的材料为迷彩衣底层材料或魔术贴，使附着层与配套使用 的仪器设备相连。
[0008] 本发明所述ISI光子晶体结构包括上层绝缘体、半导体介质柱、中间绝缘体和底层 绝缘体;上层绝缘体和底层绝缘体之间设有均匀分布的半导体介质柱，半导体介质柱与上 层绝缘体和底层绝缘体之间的距离相等;半导体介质柱之间通过中间绝缘体填充，半导体 介质柱的层数根据实际需要确定为单层、双层或多层，半导体介质柱的高度大于2mm，厚度 大于5mm;半导体介质柱为双层或多层结构时，每层半导体介质柱的高度相同。
[0009] 本发明所述底层绝缘体、中间绝缘体和上层绝缘体均采用同种材料，包括密度较 大的聚乙締、？￥(：、？6、6￥4、硅胶、海绵和橡胶材料中的一种，运些材料需要满足^下条件:一 是折射率相对较低;二审结构稳定，能防水、耐酸碱腐蚀、耐光照和氧化;Ξ是为软体结构， 能适度弯曲；四是便于微加工、压印模技术、热压成型、打孔或切割等加工;五是便于迷彩漆 等保护层附着。
[0010] 本发明所述半导体介质柱为高折射率和高阻抗的娃、错或神化嫁等本征半导体， 其散射元为圆弓形或楠圆形，空间排列为Ξ角晶格或四方晶格结构等，W争取最大的光子 禁带;半导体介质柱结构的晶格常数为a,圆弓形或楠圆形散射元长轴和短轴的半径分别为 b和C，定义参数e = 1-c/b，e的取值范围在0-1，参数a、e根据对禁带中屯、频率的要求而变化； 为保证电磁福射防护的有效性，同一电磁频率下，TE和TM模式采用的结构参数不同。
[0011] 本发明所述ISI光子晶体结构采用绝缘体和半导体材料都可W在市场买到，其微 加工工艺技术成熟;ISI双层或多层结构能保证TE和TM模式都使结构有较大禁带的特性;结 构采用软体填充和包围，可W实现分割、适度弯曲和界面友好的特性;附着层材料部分可W 是迷彩衣底层，也可W是一些衣服上常见的魔术贴，使之与相关仪器设备相连，运些方法的 实施，都使结构具有很强的实用性。
[0012] 本发明先根据电磁波传播模式(TE或TM模式），将光子晶体的禁带特性与ISI结构 的优势相结合，采用圆弓形或楠圆散射元，通过模拟计算，设计不同电磁波传播模式，确定 单层或双层ISI结构;再找到TE或TM模式下具有较大光子禁带(相对禁带都超过10%)的不 同结构和具体结构参数;然后，根据具体工作频率确定结构的参数和加工工艺，研究结构厚 度和覆盖等因素的影响，修正真实材料的禁带中屯、频率和带宽；最后，根据实际需要，确定 结构的实现方法，把ISI结构与其他防护、与设备连接等几个方面有机结合，W达到有效电 磁防护和防腐等多重功效。
[0013]本发明所述ISI光子晶体结构的光子禁带计算由对由麦克斯韦方程组推出，其电 磁波的电场和磁场方程分别为(1)和(2):
[0016] 其中▽是算符，H、E分别代表磁场和电场，ε介电常数，它们都是随位置矢量F变化 的函数，ω是角频率，C是光速，见公式(3):
[0017]
(3)
[0018] 结构频率采用归一化频率表示，见公式(4):
[0019] f=c〇a/化 c = aA (4)
[0020] 其中，ω是角频率，a是晶格常数，C是光速，λ是波长。
[0021] 本发明假设εΑ和εΒ分别为介质柱和周围介质的介电常数，f是填充比，f等于介质柱 横截面积Sr比原胞面积S，对于楠圆形和圆弓形的介电常数公式，都能用一个数学代数式表 示;现在对介电常数和光子禁带的计算，多采用RS0FT软件的 SLAB模型(其结构带有厚度)直 接计算TE和TM模式的禁带，在保证相对禁带都超过10%前提下，考虑材料厚度、覆盖等因 素，最终确定最优参数;超元胞的计算采用的是平面波展开法，按轴向选取32 X 32个平面 波，离散网格采用a/64,本征值的计算精度为10-8。
[0022] 本发明与现有技术相比，没有采用SOI模式，而是采用ISI模式，将光子禁带有效应 用于电磁福射防护，其结构简单，性能单一，可有效防护TE和TM模式电磁波，是一种二维、软 体、可更换、宽禁带、可W单层或双层(甚至多层），具有一定厚度的ISI光子晶体结构。它中 间的高折射率材料可W是娃、错或神化嫁等高折射率材料;低折射率材料可W是聚乙締、 口￥(：、？6、6￥4、硅胶、海绵或橡胶等材料;运些结构便于加工、规模生产，可采用微加工、压印 模技术、热压成型或3-D打印等技术，形成ISI结构；ISI光子晶体结构属于无量纲结构，可W 根据工作波长(或频率)的变化，结构可W成比例的扩大或缩小;运些结构稳定，而且可与防 腐等其他防护结合，十分具有实用性;其结构简单，机理明确，内容新颖，设计合理，加工和 复合技术成熟，防福射效果好，能够成为新一代最有潜力、低成本、高效率的电磁福射防护 装置。
【附图说明】：
[0023] 图1为本发明的主体结构原理示意图，包括迷彩层1、ISI整体结构2和附着层3。
[0024] 图2为本发明设及的单层ISI光子晶体结构，其中（2-1)为侧剖图；（2-2)为平剖图， 包括:上层绝缘体4、中间半导体介质柱5、中间绝缘体填充6和底层绝缘体7。
[0025] 图3为本发明设及的双层ISI光子晶体结构，其中（3-1)为侧剖图；（3-2)为上部分 平剖图；（3-3)为下部分平剖图，包括上层半导体介质柱10和上层绝缘体11组成的上层ISI 光子晶体结构8W及下层半导体介质柱12和下层绝缘体13组成下层ISI光子晶体结构9。
[0026] 图4为本发明实施例1中TE模式禁带图，其中（4-1)一般图，（4-2)为放大图，横轴空 间各方向，纵轴为禁带值，所采用的介质柱的折射率为3.5,填充绝缘体的折射率为1.45,介 质柱高度5mm，整个结构厚度为10mm。
[0027] 图5为本发明实施例2中禁带区的禁带图，横轴空间各方向，纵轴为禁带值，其中 (1)TE模式禁带图，其中（5-1) -般图，（5-2)为放大图；（2)TM模式禁带图，其中（5-3)-般 图，（5-4)为放大图，所采用的介质柱的折射率为3.5,填充绝缘体的折射率为1.50,上层介 质柱高度4mm，上层结构厚度为6mm;下层介质柱高度4mm，下层结构厚度为6mm，整个结构厚 度为12mm。
【具体实施方式】：
[0028] 下面通过实施例，并结合附图作进一步说明。
[0029] 本实施例的主体结构如图1所示，包括迷彩层1、ISI整体结构2、附着层3，ISI整体 结构2设置在迷彩层1和附着层3之间，迷彩层1为迷彩漆或迷彩衣层，其中迷彩漆为粉刷的 防诱漆，迷彩衣层为套在ISI整体结构2上的迷彩衣层，具有防水、防腐蚀和便于隐蔽等功 能；ISI整体结构2为单层、双层或多层ISI光子晶体结构，W保证在TE模式或TM模式下，ISI 整体结构2有较大禁带的特性;附着层3的材料为迷彩衣底层材料或魔术贴，使附着层3与配 套使用的仪器设备相连。
[0030] 本实施例所述ISI光子晶体结构上层绝缘体4、半导体介质柱5、中间绝缘体6和底 层绝缘体7;上层绝缘体4和底层绝缘体7之间设有均匀分布的半导体介质柱5,半导体介质 柱5与上层绝缘体4和底层绝缘体7之间的距离相等;半导体介质柱5之间通过中间绝缘体6 填充，半导体介质柱5的层数根据实际需要确定为单层、双层或多层，半导体介质柱5的高度 大于2mm，厚度大于5mm;半导体介质柱5为双层或多层结构时，每层半导体介质柱5的高度相 同。
[0031] 本实施例所述底层绝缘体7、中间绝缘体6和上层绝缘体4均采用同种材料，包括密 度较大的聚乙締、？￥(：、？6、6￥4、硅胶、海绵和橡胶材料中的一种，运些材料需要满足^下条 件:一是折射率相对较低;二审结构稳定，能防水、耐酸碱腐蚀、耐光照和氧化;Ξ是为软体 结构，能适度弯曲；四是便于微加工、压印模技术、热压成型、打孔或切割等加工;五是便于 迷彩漆等保护层附着。
[0032] 本实施例所述半导体介质柱5为高折射率和高阻抗的娃、错或神化嫁等本征半导 体，其散射元为圆弓形或楠圆形，空间排列为Ξ角晶格或四方晶格结构等，W争取最大的光 子禁带;半导体介质柱5结构的晶格常数为a,圆弓形或楠圆形散射元长轴和短轴的半径分 别为b和C，定义参数e = 1-c/b，e的取值范围在0-1，参数a、e根据对禁带中屯、频率的要求而 变化;为保证电磁福射防护的有效性，同一电磁频率下，TE和TM模式采用的结构参数不同。
[0033] 本实施例所述ISI光子晶体结构的光子禁带计算由对由麦克斯韦方程组推出，其 电磁波的电场和磁场方程分别为(1)和(2):
[0034] (1)
[0035]
C2>
[0036] 其中▽是算符，H、E分别代表磁场和电场，ε介电常数，它们都是随位置矢量/变化 的函数，ω是角频率，C是光速，见公式(3):
[0037]
(3)
[0038] 结构频率采用归一化频率表示，见公式(4):
[0039] f=c〇a/化 c = aA (4)
[0040] 其中，ω是角频率，a是晶格常数，C是光速，λ是波长。
[0041] 本实施例假设ΕΑ和εβ分别为介质柱和周围介质的介电常数，f是填充比，f等于介质 柱横截面积Sr比原胞面积S，对于楠圆形和圆弓形的介电常数公式，都能用一个数学代数式 表示;现在对介电常数和光子禁带的计算，多采用RS0FT软件的SLAB模型(其结构带有厚度） 直接计算TE和TM模式的禁带，在保证相对禁带都超过10%前提下，考虑材料厚度、覆盖等因 素，最终确定最优参数;超元胞的计算采用的是平面波展开法，按轴向选取32X32个平面 波，离散网格采用a/64,本征值的计算精度为10- 8。
[0042] 本实施例所述ISI光子晶体结构2采用绝缘体和半导体材料都可W在市场买到，其 微加工工艺技术成熟；ISI双层或多层结构能保证ΤΕ和ΤΜ模式都使结构有较大禁带的特性； 结构采用软体填充和包围，可W实现分割、适度弯曲和界面友好的特性;附着层材料部分可 W使迷彩衣底层，也可W是一些衣服上常见的魔术贴，使之与相关仪器设备相连。运些方法 的实施，都使结构具有很强的实用性。
[0043] 实施例1:
[0044] 本实施例所述ISI整体结构2采用单层ISI光子晶体结构实现ΤΕ模式有较大禁带， 其整体结构如图1所示，包括迷彩漆或迷彩衣层1、ISI整体结构2和附着层3;单层ISI光子晶 体结构2是由上层绝缘体4、半导体介质柱5、中间绝缘体6和底层绝缘体7组成。上层绝缘体 4、中间绝缘体6和底层绝缘体7均采用软体塑料，其折射率为1.45,半导体介质柱5采用，其 本征半导体娃折射率为3.50;娃散射元采用楠圆形，空间排列为Ξ角晶格结构;为了保证禁 带的效果，本结构的最小裁剪单元应由33*33的行列W上的散射元组成，介质柱位于结构中 间高度不小于4mm，整个结构厚度不小于8mm。
[0045] 本实施例W常见的1550nm电磁为例，假定有红外电磁福射，其中屯、波长为λ = 1550nm，则结构禁带的中屯、波长也应该在1550nm。由平面波展开法可W求得:结构的晶格常 数与波长之比应为aA = 0.279，可取a = 43化m，b = a/3 = 144nm，c = a/5 = 86nm(e = 0.40) 时，ΤΕ模式有较大禁带，图4为ΤΕ模式禁带图，其中（4-1)一般图；（4-2)为放大图，横轴空间 各方向，纵轴为禁带值;运样结构的归一化禁带在0.234-0.324，相对禁带宽度为中屯、波长 的32.26%，包含了 1050~2050 nm范围的红外波。
[0046] 本实施例是在背景相对折射率为1.45的前提下得出的，它与背景相对折射率为1 时比较，不仅TE模式相对禁带的宽度变小(背景相对折射率为1时，结构的禁带可接近中屯、 波长的50%)，TE模式禁带的中屯、频率也发生了红移;另外介质柱的高度也会影响相对禁带 的宽度的大小，而覆盖则有可能使能产生红移现象，运些因素的影响必须在模拟计算中加 W考虑，图4的计算中，所采用的介质柱的折射率为3.5,填充绝缘体的折射率为1.45,介质 柱高度5mm，整个结构厚度为10mm，并假定介质柱在ISI结构中间，在考虑各种实际因素影响 的条件下，该结构在TE模式下仍具有较大的光子禁带，相对禁带超过了30%，而且禁带波长 与电磁福射脉冲的中屯、波长相同，运使得主要的电磁福射能量得不到传播、剩余的电磁福 射则不容易与其它背景福射区分开来;实际制作中，可采用纳米微加工或3-D打印等技术， 形成ISI整体结构;迷彩漆或迷彩衣层，可W是粉刷的防诱漆，也可W套在结构上的迷彩衣 层;附着层部分的材料可W使迷彩衣底层，也可W是魔术贴，把ISI结构与其他防护、与设备 连接等有机结合，W可W达到有效电磁防护和防腐等多重功能。
[0047] 实施例2:
[0048] 本实施例所述ISI整体结构2采用双层ISI光子晶体结构实现TE模式和TM模式都有 较大禁带，其整体结构如图1所示，包括迷彩漆或迷彩衣层1、ISI整体结构2和附着层3。但 是，ISI结构整体结构2是由两个单层ISI光子晶体结构串联而成的，如图3所示，（3-1)为侧 剖图；（3-2)为上部分平剖图；（3-3)为下部分平剖图；其中，上层ISI光子晶体结构8包括上 层半导体介质柱10和上层绝缘体11;下层ISI光子晶体结构9包括下层半导体介质柱12和下 层绝缘体13。上层半导体介质柱10和下层半导体介质柱12采用同一种材料，其折射率为 3.50(本征半导体娃）；上层绝缘体11和下层绝缘体13均为软体聚乙締合成材料，其折射率 为1.50;上层ISI光子晶体结构8是寻找TE模式有较大禁带的结构，下层ISI光子晶体结构9 是寻找TM模式有较大禁带的结构，二者结构和参数都不相同，上层的半导体介质柱10的散 射元采用圆弓形，空间排列为Ξ角晶格结构；下层的半导体介质柱12的散射元也采用圆弓 形，但空间排列为四边形结构，并采用优化结构参数、平移等方式，使TM模式具有较大的禁 带；为了保证禁带的效果，本结构的最小裁剪单元应由33*33的行列W上的散射元组成。每 层介质柱在其结构中间，高度不小于4mm，整个结构厚度不小于12mm。
[0049] 本实施例的工作频率为100G化，工作波长为3000μπι，禁带的中屯、波长也在λ = 3000 μπι：
[0050] (1)对于上层结构：由平面波展开法可W求得，禁带的中屯、波长设在3000皿时，结 构的晶格常数与波长之比应为aA = 0.290,可取a = 870皿，b = a/3 = 290皿，参数c = a/6 = 145皿(e = 0.50)时，TE模式有较大禁带，（5-1)为TE模式禁带图，（5-2)为TE模式禁带的放大 图，横轴空间各方向，纵轴为禁带值，运样结构的归一化禁带在0.247-0.337,相对禁带宽度 为30.82%，至少包括2076~3924皿的范围。
[0051] (2)对于下层结构：由平面波展开法可W求得，禁带的中屯、波长设在3000皿时，正 常六边结构或四边形很难有理想的禁带。本实施例采用平行四边结构，将四边结构的边长 分别设为a和1.5a，并增加一个平移参数d，使长边何短边有一个锐角的夹角Θ;结构的晶格 常数与波长之比应为aA = 0.475，可取a = 1425nm，b = a/3 = 47f5ym、c = a/4 = 36f5ym(e = 0.25)，(1 = 3/2 = 712.5皿(目=30°)时，了1模式有较大禁带，如图（5-3)为了1模式禁带图，（5-4)为TM模式禁带的放大图，横轴空间各方向，纵轴为禁带值，运样结构的归一化禁带在 0.447-0.503，相对禁带宽度为中屯、波长的11.78%，至少包含2647~3353皿之间的范围。
[0052] 本实施例背景相对折射率为1.50,它与同样结构、但背景相对折射率为1或1.45时 比较，不仅TE模式相对禁带的宽度变小，TE模式禁带的中屯、频率也发生了红移，介质柱的高 度也会影响相对禁带的宽度的大小，而覆盖则有可能使能产生红移现象;对于TM模式，填充 后的介质柱结构禁带变化更明显，介质柱的高度会影响相对禁带的宽度的大小，上层的覆 盖也会使其产生红移现象，模拟计算中，需要把两层结构放在一起进行计算，在图5的计算 中，所采用的介质柱的折射率为3.5,填充绝缘体的折射率为1.50,上层介质柱高度4mm，上 层结构厚度为6mm;下层介质柱高度4mm，下层结构厚度为6mm，整个结构厚度为12mm。
[0053]本实施例在考虑各种实际因素影响的条件下，该结构在TE模式下仍具有较大的光 子禁带，TE模式相对禁带超过了30% ; TM模式也有较大的光子禁带，相对禁带超过了 10%， 使主要的电磁能量得不到传播、剩余的其它电磁福射不容易与其它背景福射区分开来；由 于结构相对较大，实际制作中，可采用压印模技术、热压成型或3-D打印等技术，形成ISI结 构;迷彩漆或迷彩衣层，可W是粉刷的防诱漆，也可W套在结构上的迷彩衣层；附着层部分 的材料可W使迷彩衣底层，也可W是魔术贴，把ISI结构与其他防护、与设备连接等几个方 面有机结合，W可W达到有效电磁防护和防腐等多重功能。
【主权项】
1. 一种ISI结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置，其特征在于主体结构包括迷彩层、 ISI整体结构和附着层，ISI整体结构设置在迷彩层和附着层之间，迷彩层为迷彩漆或迷彩 衣层，其中迷彩漆为粉刷的防锈漆，迷彩衣层为套在ISI整体结构上的迷彩衣层;ISI整体结 构为单层、双层或多层ISI光子晶体结构，附着层的材料为迷彩衣底层材料或魔术贴，使附 着层与配套使用的仪器设备相连；ISI光子晶体结构上层绝缘体、半导体介质柱、中间绝缘 体和底层绝缘体;上层绝缘体和底层绝缘体之间设有均匀分布的半导体介质柱，半导体介 质柱与上层绝缘体和底层绝缘体之间的距离相等；半导体介质柱之间通过中间绝缘体填 充，半导体介质柱的层数为单层、双层或多层，半导体介质柱的高度大于2mm，厚度大于5mm; 半导体介质柱为双层或多层结构时，每层半导体介质柱的高度相同。2. 根据权利要求1所述ISI结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置，其特征在于所述底 层绝缘体、中间绝缘体和上层绝缘体均采用同种材料，为聚乙烯、PVC、PE、EVA、硅胶、海绵和 橡胶材料中的一种。3. 根据权利要求1所述ISI结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置，其特征在于所述半 导体介质柱为硅、锗或砷化镓本征半导体，其散射元为圆弓形或椭圆形，空间排列为三角晶 格或四方晶格结构;半导体介质柱结构的晶格常数为a，圆弓形或椭圆形散射元长轴和短轴 的半径分别为b和c，定义参数e=l-C/b，e的取值范围为0-1，参数a、e根据对禁带中心频率 的要求而变化。
【专利摘要】本发明属于电磁防护技术领域，涉及一种ISI结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置，ISI整体结构设置在迷彩层和附着层之间，ISI整体结构为单层、双层或多层ISI光子晶体结构，ISI光子晶体结构包括上层绝缘体、半导体介质柱、中间绝缘体和底层绝缘体；上层绝缘体和底层绝缘体之间设有均匀分布的半导体介质柱，半导体介质柱之间通过中间绝缘体填充，半导体介质柱的高度大于2mm，厚度大于5mm；其结构简单，机理明确，内容新颖，设计合理，加工和复合技术成熟，成本低，防辐射效果好。
【IPC分类】H04K3/00
【公开号】CN105490770
【申请号】CN201510908212
【发明人】万勇, 李长红, 季钟, 邹健, 李梦雪
【申请人】青岛大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月10日
【技术领域】：
[0001 ] 本发明属于电磁防护技术领域，设及一种新型ISI (insulator-semiconductor-insulator,绝缘体-半导体-绝缘体)结构的二维光子晶体电磁福射防护装置，特别是一种 二维、软体、可更换的光子晶体结构，中间为高折射率材料构建的介质柱散射元，四周由低 折射率的软体材料填充和包围，根据电磁波模式(TE或TM)为单层、双层或多层ISI结构，结 构都具有较宽光子禁带，可与防腐等其他防护结合，便于实际采用。
【背景技术】：
[0002] 目前，雷达、天线等通讯设备W及坦克等武器装备，都涂有迷彩漆或套有迷彩衣， W达到防腐蚀和防侦查等目的，但是，还存在W下问题:一是雷达、天线等通讯设备的基座 会一定程度上吸收发射的电磁波，从而对其发射效率产生影响，特别是有些基座上有金属 材料时，影响很大;二是一些精密仪器，如信号源、传感器和微波通讯等，要禁止一些特殊频 率的电磁波(与仪器工作频率相近的电磁波）的干扰，但是有时无法有效屏蔽;Ξ是坦克、火 炮等武器装备有迷彩漆或套有迷彩衣色遮挡后，肉眼不宜发现，但是它们仍难W避开专口 电磁仪器的追踪，其本身由于运动或发射炮弹时溫度升高时，红外福射加强，易被专口电磁 仪器探测到。因此，有效地防止某些频率的电磁福射，不管在民用设备还是军工器材都是亟 待解决的问题。光子晶体结构具有特殊的性质，可设计某些特殊的光子晶体结构有效地应 用到运些方面，从而发挥起独特的作用。
[0003] 光子晶体不是特殊的晶体，而是近二十几年来出现的一种新型材料结构一周期性 变化的微纳结构。它最基本的特点是具有光子禁带，即某些特殊频率的电磁波不能在光子 晶体结构里传播。目前，光子晶体成为国内外物理、化学、材料、通信等领域研究的热点。理 论和技术都已经证明：光子晶体结构可W广泛用于反射镜、激光、波导、光纤、传感器和太阳 能等很多领域。光子晶体结构具有易于集成，可W通过设计结构来控制其禁带效果;光子晶 体结构属于无量纲结构，可W根据工作波长(或频率)的变化，对结构成比例的扩大或缩小， 因此应用广泛;一般的光子晶体结构工作环境没有特殊要求，可W在常溫下工作，也便于与 其它结构禪合或匹配等许多优势。
[0004] 光子晶体结构可W制作成微带传输线和天线，也可W用于红外隐身等许多方面。 但是现在研究中，除了一些二维或Ξ维天线结构，其他结构多为一维薄层结构，存在着:工 作带宽窄;功率容量小;损耗降低不理想;许多结构只考虑了电磁波的TE或TM模式)之一，没 有将二者统一考虑;多为一次性使用，无法随不同设备变形;没有考虑材料厚度和覆盖等实 际问题的影响。运些因素在一定程度上影响了相关光子晶体结构的实际应用。
[0005] 目前，常见的光子晶体结构是S0I( semiconductor-on-insulator，半导体在绝缘 体上）模式，很少采用ISI (insulator-semiconductor-insulator，绝缘体-半导体-绝缘体） 模式。也没有可W大面积实现的，根据电磁波(TE或TM模式)可W单层、双层或多层ISI结构， 而且是二维、软体、可更换、宽禁带、具有一定厚度的ISI光子晶体结构。如果能根据电磁波 传播模式(TE或TM模式），设计实用化的宽禁带光子晶体结构，并与其他防护结合，应用于提 高通讯效率、武器红外隐身和特殊频率防护等方面，会较大提高仪器设备在信息传输、传感 和隐身等器材的性能，也拓展了光子晶体结构在通信和军工等方面的应用。
【发明内容】
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[0006] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种新型ISI结构的二维光子 晶体电磁福射防护装置，尤其是一种二维、软体、可更换、宽禁带、具有一定厚度的ISI光子 晶体结构，根据电磁波(TE或TM模式)设为单层、双层，甚至是多层的ISI结构，每层中间都是 由高折射率材料构建的介质柱散射元，四周由低折射率材料填充和包围，可与防腐等其他 防护结合，结构稳定，便于加工、规模生产和实际使用。
[0007] 为了实现上述目的，本发明的主体结构包括迷彩层、ISI整体结构和附着层，ISI整 体结构设置在迷彩层和附着层之间，迷彩层为迷彩漆或迷彩衣层，其中迷彩漆为粉刷的防 诱漆，迷彩衣层为套在ISI整体结构上的迷彩衣层，具有防水、防腐蚀和便于隐蔽等功能； ISI整体结构为单层、双层或多层ISI光子晶体结构，W保证在TE模式或TM模式下，ISI整体 结构有较大禁带的特性;附着层的材料为迷彩衣底层材料或魔术贴，使附着层与配套使用 的仪器设备相连。
[0008] 本发明所述ISI光子晶体结构包括上层绝缘体、半导体介质柱、中间绝缘体和底层 绝缘体;上层绝缘体和底层绝缘体之间设有均匀分布的半导体介质柱，半导体介质柱与上 层绝缘体和底层绝缘体之间的距离相等;半导体介质柱之间通过中间绝缘体填充，半导体 介质柱的层数根据实际需要确定为单层、双层或多层，半导体介质柱的高度大于2mm，厚度 大于5mm;半导体介质柱为双层或多层结构时，每层半导体介质柱的高度相同。
[0009] 本发明所述底层绝缘体、中间绝缘体和上层绝缘体均采用同种材料，包括密度较 大的聚乙締、？￥(：、？6、6￥4、硅胶、海绵和橡胶材料中的一种，运些材料需要满足^下条件:一 是折射率相对较低;二审结构稳定，能防水、耐酸碱腐蚀、耐光照和氧化;Ξ是为软体结构， 能适度弯曲；四是便于微加工、压印模技术、热压成型、打孔或切割等加工;五是便于迷彩漆 等保护层附着。
[0010] 本发明所述半导体介质柱为高折射率和高阻抗的娃、错或神化嫁等本征半导体， 其散射元为圆弓形或楠圆形，空间排列为Ξ角晶格或四方晶格结构等，W争取最大的光子 禁带;半导体介质柱结构的晶格常数为a,圆弓形或楠圆形散射元长轴和短轴的半径分别为 b和C，定义参数e = 1-c/b，e的取值范围在0-1，参数a、e根据对禁带中屯、频率的要求而变化； 为保证电磁福射防护的有效性，同一电磁频率下，TE和TM模式采用的结构参数不同。
[0011] 本发明所述ISI光子晶体结构采用绝缘体和半导体材料都可W在市场买到，其微 加工工艺技术成熟;ISI双层或多层结构能保证TE和TM模式都使结构有较大禁带的特性;结 构采用软体填充和包围，可W实现分割、适度弯曲和界面友好的特性;附着层材料部分可W 是迷彩衣底层，也可W是一些衣服上常见的魔术贴，使之与相关仪器设备相连，运些方法的 实施，都使结构具有很强的实用性。
[0012] 本发明先根据电磁波传播模式(TE或TM模式），将光子晶体的禁带特性与ISI结构 的优势相结合，采用圆弓形或楠圆散射元，通过模拟计算，设计不同电磁波传播模式，确定 单层或双层ISI结构;再找到TE或TM模式下具有较大光子禁带(相对禁带都超过10%)的不 同结构和具体结构参数;然后，根据具体工作频率确定结构的参数和加工工艺，研究结构厚 度和覆盖等因素的影响，修正真实材料的禁带中屯、频率和带宽；最后，根据实际需要，确定 结构的实现方法，把ISI结构与其他防护、与设备连接等几个方面有机结合，W达到有效电 磁防护和防腐等多重功效。
[0013]本发明所述ISI光子晶体结构的光子禁带计算由对由麦克斯韦方程组推出，其电 磁波的电场和磁场方程分别为(1)和(2):
[0016] 其中▽是算符，H、E分别代表磁场和电场，ε介电常数，它们都是随位置矢量F变化 的函数，ω是角频率，C是光速，见公式(3):
[0017]
(3)
[0018] 结构频率采用归一化频率表示，见公式(4):
[0019] f=c〇a/化 c = aA (4)
[0020] 其中，ω是角频率，a是晶格常数，C是光速，λ是波长。
[0021] 本发明假设εΑ和εΒ分别为介质柱和周围介质的介电常数，f是填充比，f等于介质柱 横截面积Sr比原胞面积S，对于楠圆形和圆弓形的介电常数公式，都能用一个数学代数式表 示;现在对介电常数和光子禁带的计算，多采用RS0FT软件的 SLAB模型(其结构带有厚度)直 接计算TE和TM模式的禁带，在保证相对禁带都超过10%前提下，考虑材料厚度、覆盖等因 素，最终确定最优参数;超元胞的计算采用的是平面波展开法，按轴向选取32 X 32个平面 波，离散网格采用a/64,本征值的计算精度为10-8。
[0022] 本发明与现有技术相比，没有采用SOI模式，而是采用ISI模式，将光子禁带有效应 用于电磁福射防护，其结构简单，性能单一，可有效防护TE和TM模式电磁波，是一种二维、软 体、可更换、宽禁带、可W单层或双层(甚至多层），具有一定厚度的ISI光子晶体结构。它中 间的高折射率材料可W是娃、错或神化嫁等高折射率材料;低折射率材料可W是聚乙締、 口￥(：、？6、6￥4、硅胶、海绵或橡胶等材料;运些结构便于加工、规模生产，可采用微加工、压印 模技术、热压成型或3-D打印等技术，形成ISI结构；ISI光子晶体结构属于无量纲结构，可W 根据工作波长(或频率)的变化，结构可W成比例的扩大或缩小;运些结构稳定，而且可与防 腐等其他防护结合，十分具有实用性;其结构简单，机理明确，内容新颖，设计合理，加工和 复合技术成熟，防福射效果好，能够成为新一代最有潜力、低成本、高效率的电磁福射防护 装置。
【附图说明】：
[0023] 图1为本发明的主体结构原理示意图，包括迷彩层1、ISI整体结构2和附着层3。
[0024] 图2为本发明设及的单层ISI光子晶体结构，其中（2-1)为侧剖图；（2-2)为平剖图， 包括:上层绝缘体4、中间半导体介质柱5、中间绝缘体填充6和底层绝缘体7。
[0025] 图3为本发明设及的双层ISI光子晶体结构，其中（3-1)为侧剖图；（3-2)为上部分 平剖图；（3-3)为下部分平剖图，包括上层半导体介质柱10和上层绝缘体11组成的上层ISI 光子晶体结构8W及下层半导体介质柱12和下层绝缘体13组成下层ISI光子晶体结构9。
[0026] 图4为本发明实施例1中TE模式禁带图，其中（4-1)一般图，（4-2)为放大图，横轴空 间各方向，纵轴为禁带值，所采用的介质柱的折射率为3.5,填充绝缘体的折射率为1.45,介 质柱高度5mm，整个结构厚度为10mm。
[0027] 图5为本发明实施例2中禁带区的禁带图，横轴空间各方向，纵轴为禁带值，其中 (1)TE模式禁带图，其中（5-1) -般图，（5-2)为放大图；（2)TM模式禁带图，其中（5-3)-般 图，（5-4)为放大图，所采用的介质柱的折射率为3.5,填充绝缘体的折射率为1.50,上层介 质柱高度4mm，上层结构厚度为6mm;下层介质柱高度4mm，下层结构厚度为6mm，整个结构厚 度为12mm。
【具体实施方式】：
[0028] 下面通过实施例，并结合附图作进一步说明。
[0029] 本实施例的主体结构如图1所示，包括迷彩层1、ISI整体结构2、附着层3，ISI整体 结构2设置在迷彩层1和附着层3之间，迷彩层1为迷彩漆或迷彩衣层，其中迷彩漆为粉刷的 防诱漆，迷彩衣层为套在ISI整体结构2上的迷彩衣层，具有防水、防腐蚀和便于隐蔽等功 能；ISI整体结构2为单层、双层或多层ISI光子晶体结构，W保证在TE模式或TM模式下，ISI 整体结构2有较大禁带的特性;附着层3的材料为迷彩衣底层材料或魔术贴，使附着层3与配 套使用的仪器设备相连。
[0030] 本实施例所述ISI光子晶体结构上层绝缘体4、半导体介质柱5、中间绝缘体6和底 层绝缘体7;上层绝缘体4和底层绝缘体7之间设有均匀分布的半导体介质柱5,半导体介质 柱5与上层绝缘体4和底层绝缘体7之间的距离相等;半导体介质柱5之间通过中间绝缘体6 填充，半导体介质柱5的层数根据实际需要确定为单层、双层或多层，半导体介质柱5的高度 大于2mm，厚度大于5mm;半导体介质柱5为双层或多层结构时，每层半导体介质柱5的高度相 同。
[0031] 本实施例所述底层绝缘体7、中间绝缘体6和上层绝缘体4均采用同种材料，包括密 度较大的聚乙締、？￥(：、？6、6￥4、硅胶、海绵和橡胶材料中的一种，运些材料需要满足^下条 件:一是折射率相对较低;二审结构稳定，能防水、耐酸碱腐蚀、耐光照和氧化;Ξ是为软体 结构，能适度弯曲；四是便于微加工、压印模技术、热压成型、打孔或切割等加工;五是便于 迷彩漆等保护层附着。
[0032] 本实施例所述半导体介质柱5为高折射率和高阻抗的娃、错或神化嫁等本征半导 体，其散射元为圆弓形或楠圆形，空间排列为Ξ角晶格或四方晶格结构等，W争取最大的光 子禁带;半导体介质柱5结构的晶格常数为a,圆弓形或楠圆形散射元长轴和短轴的半径分 别为b和C，定义参数e = 1-c/b，e的取值范围在0-1，参数a、e根据对禁带中屯、频率的要求而 变化;为保证电磁福射防护的有效性，同一电磁频率下，TE和TM模式采用的结构参数不同。
[0033] 本实施例所述ISI光子晶体结构的光子禁带计算由对由麦克斯韦方程组推出，其 电磁波的电场和磁场方程分别为(1)和(2):
[0034] (1)
[0035]
C2>
[0036] 其中▽是算符，H、E分别代表磁场和电场，ε介电常数，它们都是随位置矢量/变化 的函数，ω是角频率，C是光速，见公式(3):
[0037]
(3)
[0038] 结构频率采用归一化频率表示，见公式(4):
[0039] f=c〇a/化 c = aA (4)
[0040] 其中，ω是角频率，a是晶格常数，C是光速，λ是波长。
[0041] 本实施例假设ΕΑ和εβ分别为介质柱和周围介质的介电常数，f是填充比，f等于介质 柱横截面积Sr比原胞面积S，对于楠圆形和圆弓形的介电常数公式，都能用一个数学代数式 表示;现在对介电常数和光子禁带的计算，多采用RS0FT软件的SLAB模型(其结构带有厚度） 直接计算TE和TM模式的禁带，在保证相对禁带都超过10%前提下，考虑材料厚度、覆盖等因 素，最终确定最优参数;超元胞的计算采用的是平面波展开法，按轴向选取32X32个平面 波，离散网格采用a/64,本征值的计算精度为10- 8。
[0042] 本实施例所述ISI光子晶体结构2采用绝缘体和半导体材料都可W在市场买到，其 微加工工艺技术成熟；ISI双层或多层结构能保证ΤΕ和ΤΜ模式都使结构有较大禁带的特性； 结构采用软体填充和包围，可W实现分割、适度弯曲和界面友好的特性;附着层材料部分可 W使迷彩衣底层，也可W是一些衣服上常见的魔术贴，使之与相关仪器设备相连。运些方法 的实施，都使结构具有很强的实用性。
[0043] 实施例1:
[0044] 本实施例所述ISI整体结构2采用单层ISI光子晶体结构实现ΤΕ模式有较大禁带， 其整体结构如图1所示，包括迷彩漆或迷彩衣层1、ISI整体结构2和附着层3;单层ISI光子晶 体结构2是由上层绝缘体4、半导体介质柱5、中间绝缘体6和底层绝缘体7组成。上层绝缘体 4、中间绝缘体6和底层绝缘体7均采用软体塑料，其折射率为1.45,半导体介质柱5采用，其 本征半导体娃折射率为3.50;娃散射元采用楠圆形，空间排列为Ξ角晶格结构;为了保证禁 带的效果，本结构的最小裁剪单元应由33*33的行列W上的散射元组成，介质柱位于结构中 间高度不小于4mm，整个结构厚度不小于8mm。
[0045] 本实施例W常见的1550nm电磁为例，假定有红外电磁福射，其中屯、波长为λ = 1550nm，则结构禁带的中屯、波长也应该在1550nm。由平面波展开法可W求得:结构的晶格常 数与波长之比应为aA = 0.279，可取a = 43化m，b = a/3 = 144nm，c = a/5 = 86nm(e = 0.40) 时，ΤΕ模式有较大禁带，图4为ΤΕ模式禁带图，其中（4-1)一般图；（4-2)为放大图，横轴空间 各方向，纵轴为禁带值;运样结构的归一化禁带在0.234-0.324，相对禁带宽度为中屯、波长 的32.26%，包含了 1050~2050 nm范围的红外波。
[0046] 本实施例是在背景相对折射率为1.45的前提下得出的，它与背景相对折射率为1 时比较，不仅TE模式相对禁带的宽度变小(背景相对折射率为1时，结构的禁带可接近中屯、 波长的50%)，TE模式禁带的中屯、频率也发生了红移;另外介质柱的高度也会影响相对禁带 的宽度的大小，而覆盖则有可能使能产生红移现象，运些因素的影响必须在模拟计算中加 W考虑，图4的计算中，所采用的介质柱的折射率为3.5,填充绝缘体的折射率为1.45,介质 柱高度5mm，整个结构厚度为10mm，并假定介质柱在ISI结构中间，在考虑各种实际因素影响 的条件下，该结构在TE模式下仍具有较大的光子禁带，相对禁带超过了30%，而且禁带波长 与电磁福射脉冲的中屯、波长相同，运使得主要的电磁福射能量得不到传播、剩余的电磁福 射则不容易与其它背景福射区分开来;实际制作中，可采用纳米微加工或3-D打印等技术， 形成ISI整体结构;迷彩漆或迷彩衣层，可W是粉刷的防诱漆，也可W套在结构上的迷彩衣 层;附着层部分的材料可W使迷彩衣底层，也可W是魔术贴，把ISI结构与其他防护、与设备 连接等有机结合，W可W达到有效电磁防护和防腐等多重功能。
[0047] 实施例2:
[0048] 本实施例所述ISI整体结构2采用双层ISI光子晶体结构实现TE模式和TM模式都有 较大禁带，其整体结构如图1所示，包括迷彩漆或迷彩衣层1、ISI整体结构2和附着层3。但 是，ISI结构整体结构2是由两个单层ISI光子晶体结构串联而成的，如图3所示，（3-1)为侧 剖图；（3-2)为上部分平剖图；（3-3)为下部分平剖图；其中，上层ISI光子晶体结构8包括上 层半导体介质柱10和上层绝缘体11;下层ISI光子晶体结构9包括下层半导体介质柱12和下 层绝缘体13。上层半导体介质柱10和下层半导体介质柱12采用同一种材料，其折射率为 3.50(本征半导体娃）；上层绝缘体11和下层绝缘体13均为软体聚乙締合成材料，其折射率 为1.50;上层ISI光子晶体结构8是寻找TE模式有较大禁带的结构，下层ISI光子晶体结构9 是寻找TM模式有较大禁带的结构，二者结构和参数都不相同，上层的半导体介质柱10的散 射元采用圆弓形，空间排列为Ξ角晶格结构；下层的半导体介质柱12的散射元也采用圆弓 形，但空间排列为四边形结构，并采用优化结构参数、平移等方式，使TM模式具有较大的禁 带；为了保证禁带的效果，本结构的最小裁剪单元应由33*33的行列W上的散射元组成。每 层介质柱在其结构中间，高度不小于4mm，整个结构厚度不小于12mm。
[0049] 本实施例的工作频率为100G化，工作波长为3000μπι，禁带的中屯、波长也在λ = 3000 μπι：
[0050] (1)对于上层结构：由平面波展开法可W求得，禁带的中屯、波长设在3000皿时，结 构的晶格常数与波长之比应为aA = 0.290,可取a = 870皿，b = a/3 = 290皿，参数c = a/6 = 145皿(e = 0.50)时，TE模式有较大禁带，（5-1)为TE模式禁带图，（5-2)为TE模式禁带的放大 图，横轴空间各方向，纵轴为禁带值，运样结构的归一化禁带在0.247-0.337,相对禁带宽度 为30.82%，至少包括2076~3924皿的范围。
[0051] (2)对于下层结构：由平面波展开法可W求得，禁带的中屯、波长设在3000皿时，正 常六边结构或四边形很难有理想的禁带。本实施例采用平行四边结构，将四边结构的边长 分别设为a和1.5a，并增加一个平移参数d，使长边何短边有一个锐角的夹角Θ;结构的晶格 常数与波长之比应为aA = 0.475，可取a = 1425nm，b = a/3 = 47f5ym、c = a/4 = 36f5ym(e = 0.25)，(1 = 3/2 = 712.5皿(目=30°)时，了1模式有较大禁带，如图（5-3)为了1模式禁带图，（5-4)为TM模式禁带的放大图，横轴空间各方向，纵轴为禁带值，运样结构的归一化禁带在 0.447-0.503，相对禁带宽度为中屯、波长的11.78%，至少包含2647~3353皿之间的范围。
[0052] 本实施例背景相对折射率为1.50,它与同样结构、但背景相对折射率为1或1.45时 比较，不仅TE模式相对禁带的宽度变小，TE模式禁带的中屯、频率也发生了红移，介质柱的高 度也会影响相对禁带的宽度的大小，而覆盖则有可能使能产生红移现象;对于TM模式，填充 后的介质柱结构禁带变化更明显，介质柱的高度会影响相对禁带的宽度的大小，上层的覆 盖也会使其产生红移现象，模拟计算中，需要把两层结构放在一起进行计算，在图5的计算 中，所采用的介质柱的折射率为3.5,填充绝缘体的折射率为1.50,上层介质柱高度4mm，上 层结构厚度为6mm;下层介质柱高度4mm，下层结构厚度为6mm，整个结构厚度为12mm。
[0053]本实施例在考虑各种实际因素影响的条件下，该结构在TE模式下仍具有较大的光 子禁带，TE模式相对禁带超过了30% ; TM模式也有较大的光子禁带，相对禁带超过了 10%， 使主要的电磁能量得不到传播、剩余的其它电磁福射不容易与其它背景福射区分开来；由 于结构相对较大，实际制作中，可采用压印模技术、热压成型或3-D打印等技术，形成ISI结 构;迷彩漆或迷彩衣层，可W是粉刷的防诱漆，也可W套在结构上的迷彩衣层；附着层部分 的材料可W使迷彩衣底层，也可W是魔术贴，把ISI结构与其他防护、与设备连接等几个方 面有机结合，W可W达到有效电磁防护和防腐等多重功能。
【主权项】
1. 一种ISI结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置，其特征在于主体结构包括迷彩层、 ISI整体结构和附着层，ISI整体结构设置在迷彩层和附着层之间，迷彩层为迷彩漆或迷彩 衣层，其中迷彩漆为粉刷的防锈漆，迷彩衣层为套在ISI整体结构上的迷彩衣层;ISI整体结 构为单层、双层或多层ISI光子晶体结构，附着层的材料为迷彩衣底层材料或魔术贴，使附 着层与配套使用的仪器设备相连；ISI光子晶体结构上层绝缘体、半导体介质柱、中间绝缘 体和底层绝缘体;上层绝缘体和底层绝缘体之间设有均匀分布的半导体介质柱，半导体介 质柱与上层绝缘体和底层绝缘体之间的距离相等；半导体介质柱之间通过中间绝缘体填 充，半导体介质柱的层数为单层、双层或多层，半导体介质柱的高度大于2mm，厚度大于5mm; 半导体介质柱为双层或多层结构时，每层半导体介质柱的高度相同。2. 根据权利要求1所述ISI结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置，其特征在于所述底 层绝缘体、中间绝缘体和上层绝缘体均采用同种材料，为聚乙烯、PVC、PE、EVA、硅胶、海绵和 橡胶材料中的一种。3. 根据权利要求1所述ISI结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置，其特征在于所述半 导体介质柱为硅、锗或砷化镓本征半导体，其散射元为圆弓形或椭圆形，空间排列为三角晶 格或四方晶格结构;半导体介质柱结构的晶格常数为a，圆弓形或椭圆形散射元长轴和短轴 的半径分别为b和c，定义参数e=l-C/b，e的取值范围为0-1，参数a、e根据对禁带中心频率 的要求而变化。
【专利摘要】本发明属于电磁防护技术领域，涉及一种ISI结构的二维光子晶体电磁辐射防护装置，ISI整体结构设置在迷彩层和附着层之间，ISI整体结构为单层、双层或多层ISI光子晶体结构，ISI光子晶体结构包括上层绝缘体、半导体介质柱、中间绝缘体和底层绝缘体；上层绝缘体和底层绝缘体之间设有均匀分布的半导体介质柱，半导体介质柱之间通过中间绝缘体填充，半导体介质柱的高度大于2mm，厚度大于5mm；其结构简单，机理明确，内容新颖，设计合理，加工和复合技术成熟，成本低，防辐射效果好。
【IPC分类】H04K3/00
【公开号】CN105490770
【申请号】CN201510908212
【发明人】万勇, 李长红, 季钟, 邹健, 李梦雪
【申请人】青岛大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月10日
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