光子晶體的應(yīng)用與研究

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1、光子晶體的應(yīng)用與研究IsSN1009—3044Compu~rKnowledgeandTechnology電腦知識(shí)與技術(shù)Vo1.7,No.22.August2011.光子晶體的應(yīng)用與研究陸清茹(東南大學(xué)成賢學(xué)院,江蘇南京210000)E—mail:kfyj@cccc.net.ellhttp://www.dnzs.net.cnTel:+86—551～56909635690964摘要:光子晶體是指具有光子帶隙(PhotonicBand～Gap,簡稱為PBG)g~性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu).有時(shí)也稱為PBG光子晶體結(jié)構(gòu).該文系統(tǒng)的闡述了光子晶體的產(chǎn)生,制備及應(yīng)用.關(guān)鍵詞:光子晶體;光子頻率

2、禁帶;激光全息:中圖分類號(hào):TN364文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A光子晶體激光器:微波天線文章編號(hào):1009—3044(2011)22—5468—02進(jìn)入2O世紀(jì)后半葉以來,全球迎來了電子時(shí)代,電子器件被極其廣泛的應(yīng)用于工作和生活的各個(gè)領(lǐng)域,尤其是促進(jìn)了計(jì)算機(jī)和通訊行業(yè)的發(fā)展.但是進(jìn)入21世紀(jì)以后,伴隨著電子器仲不斷深入的小型化,低耗能,高速度,其進(jìn)一步的提升也越來越困難.人們感到了電子器件發(fā)展的瓶頸,開始把目光轉(zhuǎn)向了光子,有人提出了使用光子代替電子作為新一代信息載體的設(shè)想.電子器件的基礎(chǔ)是電子在半導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng),類似的,光子器件的基礎(chǔ)是光子在光子晶體中的運(yùn)動(dòng).光子的性質(zhì)決定了光子器件的主要特點(diǎn)

3、是能量損耗小,運(yùn)行速度快,所以工作效率高.光子器件在高效率發(fā)光二極管,光子開關(guān),光波導(dǎo)器件,光濾波器等方面都具備巨大的應(yīng)用潛力.近年來,光子晶體相關(guān)的理論研究,實(shí)驗(yàn)科學(xué)以及實(shí)際應(yīng)用都已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展,光子晶體領(lǐng)域已經(jīng)成為現(xiàn)在世界范圍的研究熱點(diǎn).1999年l2月17日,《科學(xué)》雜志就已經(jīng)把光子晶體的研究列為全球十大科學(xué)進(jìn)展之一.1光子晶體的由來1987年S.John和E.Yablonovitch等人分別提出了光子晶體的概念:光子晶體是指具有光子帶隙(PhotonicBand—Gap,簡稱為PBG)特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu),有時(shí)也稱為PBG光子晶體結(jié)構(gòu).它是根據(jù)電子學(xué)上的概念類

4、比得出的.我們知道,在固體物理學(xué)的研究中,晶體中的呈周期性排列的原子產(chǎn)生的周期性電勢(shì)場(chǎng)會(huì)對(duì)其中電子有特殊的約束作用.在介電常數(shù)周期性分布的介質(zhì)中的電磁波的一些頻率是被禁止的,光子晶體也類似.通常這些被禁止的頻率區(qū)間為光子帶隙,也叫光子頻率禁帶,而將具有"光子頻率禁帶"的材料稱作為光子晶體2光子晶體的分類與結(jié)構(gòu)我們可以根據(jù)光子晶體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類根據(jù)其能隙空間分布的不同,我們把光子晶體分為一維光子晶體,二維光子晶體,三維光子晶體.3光子晶體的制造光子晶體在自然界中幾乎不存在,它是一種人造做結(jié)構(gòu),其制備工藝主要有以下幾種:3.1機(jī)械加工法機(jī)械加工法又叫精密機(jī)械加工法.這種加工法是存光子

5、晶體的早期研究中發(fā)展起來的方法.機(jī)械加工法通過在集體材料上進(jìn)行機(jī)械接卸鉆孑L,利用空氣介質(zhì)和集體材料的折射率差束獲得光子晶體,這種方法可以用于制備制作起來比較容易的晶格常熟在厘米至毫米量級(jí)的微波波段光子晶體.3.2半導(dǎo)體微制造法半導(dǎo)體制備技術(shù)中的"激光刻蝕","反應(yīng)離子束刻蝕","電子束刻蝕"以及"化學(xué)汽相淀積"等能夠應(yīng)用于面心立方結(jié)構(gòu)的光子晶體的制備.這類制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以利用現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)和設(shè)備,并且用這種方法制備的光子晶體具有較寬的禁帶,在集成光電子元件的應(yīng)用方面有很大的潛力.但是這類制備方法的]二藝太過復(fù)雜,而且成本過高,并且在向光子晶體中引入缺陷和制備更短波長

6、的光子晶體等方面存在不足.3.3膠體自組織法分散的聚苯乙烯乳膠球能自發(fā)的在水中排列成面心立方和體心立方等有序結(jié)構(gòu),這種膠體體系被人們稱為膠體晶體.目前制備交替晶體的多為二氧化硅小球體系或者聚苯乙烯球.這種方法制備的光子晶體的折射率比值不會(huì)太大.蛋白石光子晶體的折射率比值比較小,這也就決定了此種膠體光子晶體的光子禁帶較窄,它們是非完全光子帶隙晶體.為解決膠體晶體的低介電常數(shù)配比問題,人們又發(fā)展了模板法.模板法和膠體法可以用于制備可見光和近紅外波段的i維光子晶體.它們的缺點(diǎn)是不易引入人們想要的缺陷,以及制得的光子晶體機(jī)械強(qiáng)度較低,尺寸較小等.3.4激光微制造法有一種相對(duì)比較簡單的制備

7、光子晶體的方法叫做激光微制造法.其原理是,光線能通過透鏡產(chǎn)生匯聚,從而在焦點(diǎn)處可以產(chǎn)生收稿日期:2011—06—23作者簡介:陸清茹,碩士,現(xiàn)就職于東南大學(xué)成賢學(xué)院.5468計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù);;*本欄目責(zé)任編輯:梁書第7卷第22期(2011年8月)Compu~rKnowledgeandTechnology電腦知識(shí)與技術(shù)很高的溫度.如果將緊密聚焦后的激光束直接照射存透明材料上,只要光強(qiáng)足夠大,則材料內(nèi)部的亞微觀尺寸區(qū)得光學(xué)性質(zhì)會(huì)被改變光學(xué)改性區(qū)取決于激)匕束的聚焦情況,如果使用配