[發明專利]一種各向同性全空間禁帶光子晶體制作方法

無效

• 申請號: 201010602574.8
• 申請日: 2010-12-13
• 公開（公告）號: CN102087382A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 任芝;李松濤
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種全空間光子晶體，屬于光電子技術領域。

背景技術

光子產業中存在著一種基礎的材料——光子晶體，光子晶體的研究不僅僅是光通訊領域內的問題，同時它對其他相關產業也將產生巨大的影響。自從1987年Yablonowitch和John分別獨立地提出了光子晶體和光子禁帶的概念以來，光子晶體就成為國內外都受到極大重視的熱點課題，在光學物理、凝聚態物理、電磁波、信息技術等領域引起了人們廣泛的關注。在這短短二十年里，光子晶體在理論研究和實驗研究方面都取得了顯著的成果，并且在某些領域也有了一定的應用，比如光子晶體光集成回路、光子晶體光波導、光子晶體濾波器等。但這畢竟是一種全新的概念，對它的研究還不夠深入和廣泛，其很多特性還沒有得到很好的應用，有必要開展進一步的研究，尤其是在可見光波段全向禁帶的實現與展寬方面。而光子晶體三維全空間禁帶的獲得是光子晶體諸多應用得以實現的前提，因此，三維全空間禁帶的實現及其制備技術更是受到人們的廣泛關注，并一直是光子晶體領域理論、實驗和應用研究所關注的熱點。

為了實現全空間禁帶，人們把注意力主要投在尋找特殊材料(如大折射率對比材料、磁性材料、負折射率材料等)和各種技術上難實現的復雜結構上。然而，這些方法均涉及一個共同的問題，即要使用特殊的現在很難得到甚至不存在的材料，例如，兩種折射率相同但波阻抗不同的磁性材料、負折射率材料等。因此，這方面的研究也只能停留在理論研究的層面上。另一方面，受加工技術的限制，復雜的光學結構很難實現或成本極高，目前所實現的全空間光子禁帶幾乎都是在微波波段或遠紅外波段。制作具有可見光范圍內光子禁帶的光子晶體的報道尚不多見。另外，光子晶體的常規制作方法是相當復雜和困難的，其成本相當高，很難大面積生產，對光子晶體的進一步發展應用有一定的阻礙作用。尤其是，可見光范圍內光子晶體的結構細微、晶格常數小，也給其制作帶來了困難。因此，找到一種簡單易行、成本不高的方法制作出在可見光波段具有全空間禁帶的光學結構，對光子晶體的發展和應用都具有極為重要的意義。

理論研究表明：所有的布拉菲格子都可以用光學全息的方法實現，而且全息方法具有制作工藝簡單、經濟、易產生各種復雜結構的優勢，因此，用全息方法制作光子晶體受到人們的廣泛關注。然而，受目前現有的全息記錄材料的限制，無法直接得到大的折射率調制。因此，如何利用現有的常用全息記錄材料設計一種簡單易行且成本低的方法來實現全空間禁帶就是一個非常值得探索的課題。在這方面，發明人已經進行了一些非常有價值的探索和嘗試，并獲得了初步的結果。本發明將以這些結果為基礎，嘗試在全息光子晶體全空間禁帶的實現方面有新的突破，并力爭把這些方法和研究成果推廣到其他的非全息光子晶體的全向禁帶的實現上，實現一種簡單易行且成本不高的方法制作出在可見光范圍內具有全空間禁帶的光學結構。

目前，國內外都在廣泛開展獲得全空間禁帶的理論和實驗研究。

在國際上，人們已提出了全息法制作面心立方結構、金剛石結構、各種準晶結構和螺旋結構等。Meisel等人給出了用全息法制作斜方晶系、面心、體心、金剛石結構的理論分析；Poole等人實現了斜方晶體結構的模版。在全空間禁帶的研究方面，人們的主要注意力放在尋找高折射率、磁性、負折射率等這些目前很難實現的特殊材料和各種復雜結構上，這使得全空間禁帶研究工作的深入開展遇到了很大的困難。

發明內容

本發明就是為解決上述問題而提出的，提供一種全息全空間禁帶光子晶體及其制作方法，具有成本低，結構簡單等優點，很好的解決現有技術中所存在的問題之一或全部。

本發明是基于以下原理而發明的，現有技術中已經存在某些方向或者較大空間方位上的禁帶光子晶體，如果能夠將上述的光子晶體做成微結構，然后再對這樣的微結構進行隨機的拼合和重疊，拼合和重疊之后，從宏觀上來看就是一種各向同性的的宏觀結構，在這個宏觀各向同性的光子晶體結構中，對于其中的每個點，都是包含了很多隨機取向的微結構光子晶體，而這些微結構的光子晶體，要么是在一定方向上具有禁帶，要么在一定空間上具有禁帶，大量的隨機取向的微結構光子晶體就包括了空間上任意的方向，其結果是，從宏觀上來看，該結構上的每一個點都是全空間禁帶的，從而以一種非常簡單的方式實現了全空間禁帶。