光学材料—光电子材料

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1、新型光学材料—光电子材料新型光学材料—光电子材料新型光学材料—光电子材料新型光学材料—光电子材料新型光学材料—光电子材料第4卷第11期2002年11月电手元器件壶硐ElectronicComponent&DeviceApplications,7o1.4No.1lNovember2002新型光学材料——光电子材料张臣(中国电子材料行业协会,天津300192)摘要:介绍一微,二微和三微光子晶体的国内外最新研究进展和应用前景,提出光子晶体的未来发展趋势.关键词:光子晶体;光子带隙;掺杂NewOpticsMaterial——Ph0t0electricMaterialZHANGChen

2、Abstract:Thenewdevelopmentandapplicationforegroundof1一D,2-Dand3-Dphotoncrystalathomeandaboardarein—troduced,andfuturedevelopmenttrendforphotoncrystalisbroughtforward.Keywords:Photoncrystal;Photonbandgap;Adulterate中图分类号:TN204文献标识码:A文章编号:1563—4795(2002)l1—0055—041引言在当今以IT产业迅猛发展为特征的信息时代,光子成为继电子之后的

3、信息的主要载体.以光子作为信息载体不仅响应速度快,而且信息容量大.电子通信载频最高只有10”Hz,而光子的载频却达10”Hz.有人认为电子主宰计算机,光子主宰通信.光子材料是指利用光子或光互相作用来实现信息产生,传输,存储,显示,探测及处理的材料.它包括激光晶体,红外材料,液晶,非线性光学材料,光子晶体及光纤材料等.光子晶体是1991年发现的新型光学材料,其概念来源于固体物理中周期结构思想及电动力学中的电磁场理论.光子晶体是一种介质或金属材料在空间呈周期性排列并能自由控制光的人造晶体.光子晶体内部的光学折射率呈周期性分布,由材料的折射率反差形成光子带隙.由于光子的波长与其能量成反比,

4、这种具有周期性排列结构的电介质或金属将阻挡波长处于光子带隙内的光,而允许其它波长的光自由通过.可以通过掺杂来控制光子晶体能带的位置,宽度及带隙中掺杂模式的形成.由此可见,光子晶体是以类似于半导体的方法来处理光子,半导体的晶体结构收稿日期:2002—10—18@控制电荷流,禁止电子在规定的能量范围内通行;而对光子晶体来说,光的能量若与其能带相容则呈导通性,若不相容则呈绝缘性.光子晶体之所以能引起人们的极大关注,主要在于这种晶体具有超透镜效应,超棱镜效应,复折射,绝缘性,弯曲性等特性.利用它的这些特性,可制作尺寸很小,功能很强的光子器件.利用它的光子带隙,可改善远距离光学信号的传送,从而

5、提高互联网的信息处理速度.对光子晶体特性的控制方法要比对半导体特性的控制方法多得多,而且光子晶体的制造工艺容易掌握,工序少,设备简单,成品率高.因此,光子晶体具有广阔的发展前景.组成光子晶体的材料有三类,即半导体材料,介质材料和有机聚合物材料;就其分类来讲,可分为一维光子晶体,二维光子晶体和三维光子晶体.1一维光子晶体自1987年Yablonovitch和John分别提出光子晶体和光子能带结构的概念以来¨t21,光子晶体特别是一维光子晶体的理论研究及其应用得到了迅速发展.一维光子晶体是由不同介质材料构成的,且只在一个方向上具有光子带隙,并呈周期性排列的结构,其光子带隙的表现形式是对位

6、于带隙内的入射电磁波,无论是偏振状态还是入射角度都可以实现全部反第4卷第11期2002年11月电子元器件主用ElectronicComponent&DeviceApplicationsVo1.4No.1lNovember2002射.在一维光子晶体中存在类似三维的全向能隙结构131,使其可能用于二维,三维光子器件的设计;一维光子晶体中存在高增益的局域光场和显着的光延迟效应,故可产生诸如高次谐波,光学双稳态等一系列非线性效应;一维光子晶体具有优异的控制光模式和光传输的能力,并且比二维,三维光子晶体易于制备因此,一维光子晶体在光子晶体应用中占据重要地位.由于一维光子晶体可以采用镀膜

7、法等工艺制备,所以具有设计简单,成本低,精度高的特点.目前仅有一维光子晶体的晶格常数可以做到可见光波长量级.具有周期结构的高反膜系是一维光子晶体的一个特例,可以通过薄膜光学的方法来制备一维光子晶体.美国麻省理工学院和国内的浙江大学,同济大学都开展了这方面的研究工作.实验中大多用的是ZnSe和Na,A1F两种材料.ZnSe和Na,AlF6的折射率分别为2.58(O.633txm)和1.35(0.55txm).这两种材料形成周期性结构,设计波长为730nm.经