光子晶体的结构色_张克勤

《光子晶体的结构色_张克勤》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、高层论坛AuthorityForum光子晶体的结构色张克勤，袁伟，张骜(苏州大学纺织与服装工程学院现代丝绸国家工程实验室，江苏苏州215123)摘要：结构色因其具有高亮度、高饱和度、永不退色、虹彩现象、偏振效应等特点，而这些都是普通颜料色或色素色所不具备的，因此越来越受到科学界和工程界的关注。本文简要综述了光子晶体，光子晶体结构色，人工光子晶体的制备及光子晶体结构色的应用，并提出目前光子晶体与结果色研究中需要解决的问题。关键词：光子晶体；光子带隙；结构色；人工构色1引言化和减小能耗下提高运作速度的要求，以电子颜色和光是不可分割的。早在1972年牛顿

2、为信息载体的半导体器件的能力已经达到了极就提出光线并没有颜色，只有某种能激起这样限（由摩尔定律所决定）。而与电子相比，光或那样颜色感觉的本领或倾向，那么什么是颜子具有许多独特的优势：速度快、没有相互作色，我们不禁会问。其实，颜色就是我们人脑用，可携带更多的信息。因此，下一代器件的对光线的一种反应，当光线射到我们的眼睛主角将是光子，如何控制光子，将引导着下一里，从而引起我们视网膜上感光细胞的化学变次即将到来的科技革命。化，产生电信号，再通过神经系统传输到大198自7年E.Yablonovitch和S.John分别提出脑，由大脑翻译产生出结果。光子晶体

3、和光子能带结构的概念以来，人们开一般我们看到的颜色主要有两大来源：色始了对光子控制的研究。在过去的十几年内，素生色和结构生色。衣服上染料的颜色，食物光子晶体的理论研究和相关实验及其应用得到中色素的颜色等，都属于色素色，是色素分子了迅速的发展。通过选择性的吸收、反射和透射特定频率的光2.1光子晶体的原理线从而展现不同的颜色，其颜色机理涉及分子光子晶体的原理首先是从类比于原子晶体轨道、电子跃迁等理论。天空的蓝色，孔雀羽开始的，因而可以通过理解原子晶体来对光子毛的颜色等，都属于结构色，是光线通过干晶体的工作原理有初步的认识。对于原子晶体涉，衍射和散射产生

4、的。结构色具有高亮度、我们可以看到原子是周期性有序排列的，正是高饱和度、永不退色、虹彩现象、偏振效应等这种周期性的排列，才在晶体之中产生了周期特点，而这些都是普通颜料色或色素色所不具性的势场。这种周期势场的存在，使得运动的备的，因此越来越受到科学界和工程界的关电子受到周期势场的布拉格散射，从而形成能注。本文主要介绍了光子晶体的基本概念、结带结构，带与带之间可能存在带隙。电子波的构色与光子晶体及其应用等。能量如果落在带隙中，就无法继续传播。其2光子晶体实，不论是电磁波，还是光波，只要受到周期20从世纪中叶开始，人类就进入了信息革性调制，都有能带结构，

5、也都有可能出现带命时代，而半导体的出现，进一步推动了信息隙。而能量落在带隙中的光波同样不能传播。革命的快车。可以说，我们目前所处的时代是由此我们知道在原子晶体中，原子的周期性排半导体时代。目前几乎所有的半导体器件都是列产生了能带结构，而能带又控制着载流子围绕如何利用和控制电子的运动，电子在其中（半导体中的电子或者空穴）在半导体中的运起着决定性的作用。然而随着电路进一步小型动。39高层论坛AuthorityForum与之类似，光子晶体是电介质折射率周期2.2.1一维光子晶体性变化导致光子带隙结构，从而由光子带隙结一维光子晶体是最简单的光子晶体。它是构

6、控制着光在光子晶体中的运动。光子晶体是由两种或两种以上的介质材料交替叠层而成，在高折射率材料的某些位置周期性的出现低折在垂直于介质层的方向上，介电常数是空间坐射率的材料。高低折射率的材料交替排列形成标的一维周期性函数，而在平行于介质层平面周期性结构就可以产生光子晶体带隙(Band的方向上介电常数保持不变，每层介质是均匀Gap)1。有关电子和光子的能带结构比较见图。的、各向同性的，它可以在一个方向上形成光子带隙结构。在结构上，一维光子晶体类似于光学多层介质膜，这样的光子晶体在光纤和半导体激光器中已得到了大量的应用。一维光子晶体的折射率只在一维方向上周

7、期性变化，一个周期可以由几层不同折射率的材料组成，最简单的情况是由两种材料组成，整个光子晶体是由许多周期重复排列而成。1995年Joannpoulos等人指出，一维光子晶体由于有限的边界，也会出现类似二维和三维的全向能隙结构，在带隙结构中形成不依赖于入射光偏振方向和入射角的一个较宽的全向带隙。Dowin等还从理论上分析出在一维光子晶体中出现全向能隙的必要条件。关于全向能隙一维光子晶体，Chen等人用溶胶凝胶法制备TiO22/SiO一维光子晶体在近红外得到70nm的全向能隙。由于在可见光波段一维光子晶体带隙较窄，因此扩展带隙成为人们研究的热点。图1电

8、子和光子的能带结构比较Li等人采用无序的一维光子晶体对带隙进行了（V.Mizeikis,S.Juodkazis,A.Mar