含有缺陷層一維光子晶體結(jié)構(gòu)制備和光學(xué)性能的研究

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1、東華大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：我恪守學(xué)術(shù)道德，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)。所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已明確注明和引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品及成果的內(nèi)容。論文為本人親自撰寫，我對所寫的內(nèi)容負(fù)責(zé)，并完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：蘿已函睜日期：少f三年1月／D白東華大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書lIJlllllllIIIIIIPIlUlIIIY2279161學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有

2、關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱或借閱。本人授權(quán)東華大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密口，在——年解密后適用本版權(quán)書。本學(xué)位論文屬于，不保密VO學(xué)位論文作者簽名：多己婦J珈日期：M≥年1月／D日p—p、鍛咽爭愴簽?zāi)牯奘ソ?導(dǎo)恥鮪期含有缺陷層一維光子晶體結(jié)構(gòu)的制備與光學(xué)性能研究摘要一維光子晶體結(jié)構(gòu)因其本身結(jié)構(gòu)簡單和易制備的特點較早被科學(xué)家所關(guān)注。此結(jié)構(gòu)由折射率不同的介質(zhì)周期性分布所構(gòu)成，在特定波長范圍內(nèi)形成光子禁帶。在此結(jié)構(gòu)中加入

3、缺陷層，可使光子禁帶中出現(xiàn)窄透射峰。在相關(guān)研究中，通過電學(xué)、力學(xué)及光學(xué)手段調(diào)節(jié)透射峰強度是一種主要的研究方向。V02是一種熱致相變特性的功能材料，當(dāng)溫度在68"C左右，會發(fā)生從低溫單斜結(jié)構(gòu)向高溫四方結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，并伴隨光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)的變化，這種轉(zhuǎn)變具有可逆性。本文主要研究基于一維有缺陷光子晶體結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧光學(xué)器件的設(shè)計，其光學(xué)調(diào)諧性能是通過采用V02材料作為缺陷層而獲得的。本文首先研究V02薄膜的制備工藝及薄膜的性能測試，詳細(xì)論述利用濺射氧化耦合法制備V02薄膜的工藝方法。采用膜厚測試儀檢測所制備V02薄膜的物理厚度；采用四探針檢測儀

4、測試薄膜在不同溫度下的方塊電阻，從而確定V02納米薄膜的相變溫度及電學(xué)性能變化；最后利用紅外光譜儀測試薄膜在不同溫度下的透過率曲線。與此同時，對文中所涉及的其他光學(xué)薄膜材料的磁控濺射工藝進行優(yōu)化，獲得各類光學(xué)薄膜材料制備工藝參數(shù)。其次，利用理論數(shù)據(jù)對含有V02缺陷層的一維光子晶體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，利用傳輸矩陣法計算出所設(shè)計結(jié)構(gòu)的光譜圖。通過對多層膜結(jié)構(gòu)中各層材料的厚度進行優(yōu)化，可獲得理論設(shè)計參數(shù)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計獲得各層材料光學(xué)參數(shù)的預(yù)實驗，并通過已掌握的工藝對預(yù)實驗結(jié)構(gòu)薄膜進行制備。通過XRD分析各層材料的組分，并對預(yù)實驗結(jié)構(gòu)進行紅外透

5、過率測試。利用FilmWizard軟件對材料的透過率進行擬合，可獲得薄膜的光學(xué)折射率(刀)和消光系數(shù)(r)隨紅外光波長(旯)變化的關(guān)系曲線。將所獲得的實驗數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進行對比，并利用實驗數(shù)據(jù)對所設(shè)計結(jié)構(gòu)的透過率進行模擬計算，可獲得理論優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)厚度參數(shù)及光譜數(shù)據(jù)。T最后，對所設(shè)計的含有V02缺陷層的一維光子晶體結(jié)構(gòu)進行制備，通過場發(fā)射掃描電鏡測量設(shè)計膜系的橫截面及各層表面形態(tài)，并通過紅外光譜儀獲得實驗光譜數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計結(jié)構(gòu)的透射峰強度具備隨溫度可調(diào)諧特性，且在溫度變化的過程中，透射峰位置基本上沒有發(fā)生變化。對比理論計

6、算數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，實驗制備結(jié)構(gòu)的透射峰強度變化幅值小于理論計算結(jié)果。本論文通過理論模擬對具有溫度調(diào)節(jié)性的一維光子晶體器件進行設(shè)計，并通過實驗制備驗證所設(shè)計結(jié)構(gòu)可行性。此結(jié)構(gòu)成本低、產(chǎn)率高、操作簡便、可廣泛應(yīng)用于激光防護、光開關(guān)、光通信等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞i·V02；一維光子晶體；缺陷層；溫度調(diào)節(jié)STUDYoNPREnURATIoNANDoPTICALClL姒CTElUZATloNoFoNED玎垤ENSIoNALDEFECTⅣEPHoToNICCRYSTALOnedimensionalphotoniccrystals(1DPCs)werepaid

7、attentiontoscientistsearlybecauseofitssimplestructureandeasypreparation．Differentmediawithdifferentrefractiveindexdepositperiodicallytoformthe1DPCswhichexhibitanessentialforbiddenenergybandinadifferentialfrequencyrangecalledphotonicband·gap(PBG)．Byemployingadefectmodei

8、ntothePCstructure，sharpnarrowresonantpeaksappearedwithinthePBGwhichiscalledtransmittancepeak(TP)．Inrelativeresearches