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1、光子晶体的应用与研究IsSN1009—3044Compu~rKnowledgeandTechnology电脑知识与技术Vo1.7,No.22.August2011.光子晶体的应用与研究陆清茹(东南大学成贤学院,江苏南京210000)E—mail:kfyj@cccc.net.ellhttp://www.dnzs.net.cnTel:+86—551～56909635690964摘要:光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand～Gap,简称为PBG)g~性的人造周期性电介质结构.有时也称为PBG光子晶体结构.该文系统的阐述了光子晶体的产生,制备及应用.关键词:光子晶体;光子频率
2、禁带;激光全息:中图分类号:TN364文献标识码:A光子晶体激光器:微波天线文章编号:1009—3044(2011)22—5468—02进入2O世纪后半叶以来,全球迎来了电子时代,电子器件被极其广泛的应用于工作和生活的各个领域,尤其是促进了计算机和通讯行业的发展.但是进入21世纪以后,伴随着电子器仲不断深入的小型化,低耗能,高速度,其进一步的提升也越来越困难.人们感到了电子器件发展的瓶颈,开始把目光转向了光子,有人提出了使用光子代替电子作为新一代信息载体的设想.电子器件的基础是电子在半导体中的运动,类似的,光子器件的基础是光子在光子晶体中的运动.光子的性质决定了光子器件的主要特点
3、是能量损耗小,运行速度快,所以工作效率高.光子器件在高效率发光二极管,光子开关,光波导器件,光滤波器等方面都具备巨大的应用潜力.近年来,光子晶体相关的理论研究,实验科学以及实际应用都已经得到了迅速的发展,光子晶体领域已经成为现在世界范围的研究热点.1999年l2月17日,《科学》杂志就已经把光子晶体的研究列为全球十大科学进展之一.1光子晶体的由来1987年S.John和E.Yablonovitch等人分别提出了光子晶体的概念:光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand—Gap,简称为PBG)特性的人造周期性电介质结构,有时也称为PBG光子晶体结构.它是根据电子学上的概念类
4、比得出的.我们知道,在固体物理学的研究中,晶体中的呈周期性排列的原子产生的周期性电势场会对其中电子有特殊的约束作用.在介电常数周期性分布的介质中的电磁波的一些频率是被禁止的,光子晶体也类似.通常这些被禁止的频率区间为光子带隙,也叫光子频率禁带,而将具有"光子频率禁带"的材料称作为光子晶体2光子晶体的分类与结构我们可以根据光子晶体的结构进行分类根据其能隙空间分布的不同,我们把光子晶体分为一维光子晶体,二维光子晶体,三维光子晶体.3光子晶体的制造光子晶体在自然界中几乎不存在,它是一种人造做结构,其制备工艺主要有以下几种:3.1机械加工法机械加工法又叫精密机械加工法.这种加工法是存光子
5、晶体的早期研究中发展起来的方法.机械加工法通过在集体材料上进行机械接卸钻孑L,利用空气介质和集体材料的折射率差束获得光子晶体,这种方法可以用于制备制作起来比较容易的晶格常熟在厘米至毫米量级的微波波段光子晶体.3.2半导体微制造法半导体制备技术中的"激光刻蚀","反应离子束刻蚀","电子束刻蚀"以及"化学汽相淀积"等能够应用于面心立方结构的光子晶体的制备.这类制备方法的优点在于可以利用现有半导体产业的技术和设备,并且用这种方法制备的光子晶体具有较宽的禁带,在集成光电子元件的应用方面有很大的潜力.但是这类制备方法的]二艺太过复杂,而且成本过高,并且在向光子晶体中引入缺陷和制备更短波长
6、的光子晶体等方面存在不足.3.3胶体自组织法分散的聚苯乙烯乳胶球能自发的在水中排列成面心立方和体心立方等有序结构,这种胶体体系被人们称为胶体晶体.目前制备交替晶体的多为二氧化硅小球体系或者聚苯乙烯球.这种方法制备的光子晶体的折射率比值不会太大.蛋白石光子晶体的折射率比值比较小,这也就决定了此种胶体光子晶体的光子禁带较窄,它们是非完全光子带隙晶体.为解决胶体晶体的低介电常数配比问题,人们又发展了模板法.模板法和胶体法可以用于制备可见光和近红外波段的i维光子晶体.它们的缺点是不易引入人们想要的缺陷,以及制得的光子晶体机械强度较低,尺寸较小等.3.4激光微制造法有一种相对比较简单的制备
7、光子晶体的方法叫做激光微制造法.其原理是,光线能通过透镜产生汇聚,从而在焦点处可以产生收稿日期:2011—06—23作者简介:陆清茹,硕士,现就职于东南大学成贤学院.5468计算机工程应用技术;;*本栏目责任编辑:梁书第7卷第22期(2011年8月)Compu~rKnowledgeandTechnology电脑知识与技术很高的温度.如果将紧密聚焦后的激光束直接照射存透明材料上,只要光强足够大,则材料内部的亚微观尺寸区得光学性质会被改变光学改性区取决于激)匕束的聚焦情况,如果使用配
