三维光子晶体及其制备技术研究进展

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1、二歹庄兀于萌悴貝帀IJ角仅7NWT兀处桜韩喻，谢凯（国防科学技术大学材料工程与应用化学系，长沙410073）摘要光子晶体是一种新概念人工结构功能材料，通过设计可以人为调控经典波的传输。而三维光子晶体能产生全方向的完全禁带•具有更普遍的实用性。从结构、材料及应用探索3方面介绍了近几年来光学波段三维光子晶体的最新发展动向：以器件化为指导•逐步由简单媒质简单周期向复杂媒质复合周期结构方向发展.由胶体模板自绞装等纯化学制备手段向物理化学方法相融合的多元技术扩展，其应用领域也由光电子器件、集成光路进一步拓展到齐电对抗、光学探测、传感等。矢键词三维光子晶体光子禁带周期结构

2、介电常数RecentDevelopmentofThree2dimensionalPhotonicCrystalsandTheirPreparingTechnologyHANYu,XIEKai(DepartmentofMaterialsEngineeringandAppiledChemistry,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073)AbstractPhotoniccrystalisanewfieldinartificialfunctionalmaterial.Itcanmoldtheflowo

3、fphotonsmuchlikeconventionalsemiconductordoestoelectrons.3Dp1k)toniccrystalsareusedmorewidelybecauseofrealphotonicbandgapinalldirections.Currenttrendsofdevelopmentarcreviewed・KeyMOrds3Dphotoniccrystals,photonicbandgap,periodicstructures,dielectricconstant3国家部委基金项目支持韩喻：1981年生.博士生.主要研

4、究方向为光子晶体Tel:073124573149EZmail:yumihan1981@yahoo.com.cn0前言光子晶体I*-21是介电常数不同的两种材料在空间按一定出周期排列所形成的一种人造"晶体"结构。光子晶体中介电常燹是空间的周期函数•与半导体材料中的电子在周期性势场作耳下存在能带相类似•光子晶体也具有光子能带及带隙•当光的场率位于光子带隙范围内时，它将不能在光子晶体中传播。由于光子带隙的存在•产生了许多崭新的物理性质•使其可被用于制备高性能的激光器、高质量的选频器、高性能的反射镜等光电孑与集成光电子器件•还可用于制作集成光路的超小型光学元何及光传输

5、处理器件，其广阔的应用前景使光子晶体成为当今世界的一个研究热点，得到了迅速的发展。光子晶体的硏究已经开展了近20年，纵观其发展历程，研究领域主要集中在：@完全禁带光子晶体结构的理论设计和讨算；觥子晶体的制备；觥子晶体带隙所产生的物理效应和头波在光子晶体中的传播规律：鈕子晶体中的非线性效应；®fij用光子晶体制备光子器件展开对光子晶体应用领域的探索。这5个领域的发展相辅相成、互相促进，而其中三维光子晶体能产生全方向的完全禁带，相比一维、二维光子晶体仅能产生方向禁带.具有更普遍的实用性，因此占据了光子晶体研究中很大的份额。参考诸多公开发表的相关文献•可以发现经过多

6、年的发展和完善•简单媒质简单周期结构三维光子晶体的研究已经相对成熟，该领域正在以器件化为指导•逐步向复杂媒质复合周期结构方向发展.由胶体模板自组装等纯化学制备手段向物理化学方法相融合的多元技术扩展，其应用领域也由光电子器件、集成光路进一步拓展到光电对抗、光学探测、传感等o本文将分别从结构、材料及应用探索3方面介绍近几年来光学波段三维光子晶体的最新发展动向。1结构三维光子晶体以高介电常数材料反Opal多孔结构为代表,通常采用SiO2或聚合物胶体小球自组装的面心立方Opal结构为模板利用CBD方法、电化学方法或CVD化学气相沉积法堆充高介电常数材料•最后通过反洗S

7、iO2或聚合物小球完成反Opal结构的制备。这种反Opal结构仅能在某一特定频率范围实现完全带隙，且禁带较窄•无法满足多频段宽带隙的应用聚求。因此其他结构的三维光子晶体研究成为近年来研究的热点。1.1复合周期结构复合周期是一种多周期叠加的多层新型三维光子晶体结构。每层周期结构的单元尺寸各不相同，入射光依次与它们发生作用，在多个频率范围产生光学禁带。可通过调节周期单長尺寸的大小控制光学禁带的相对位置•实现多频段禁带或禁洋展宽的效果。2006年新加坡国立大学的QingfenVan等采用力平分段自组装的方法成功制备出了560nm有机聚苯乙烯胶仿小球和386nm无机二

8、氧化硅小球组合的双层复合周期结构，光谱