[發明專利]基于光子晶體的全可見光波段全角度反射器

有效

• 申請號: 201210139917.0
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102681054A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 楊毅彪;費宏明;田東康;楊慧巖;馬瑞霞;韓昌盛;李祥霞
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G02B5/08
• 分類號: G02B5/08
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

技術領域

本發明涉及一種光子晶體反射器，特別是涉及一種可以在全可見光波段全角度反射的光子晶體反射器。

背景技術

光子晶體作為一種新型的光電功能材料，因其良好的光學性能而備受關注。相對于二維和三維光子晶體，一維光子晶體因其結構簡單，技術上更容易實現而受到人們的青睞。完全光子禁帶是光子晶體的主要特性之一，即當特定頻率的光經過光子晶體時，由于干涉等光學效應而使光不能通過光子晶體，從而形成禁帶；而有些頻率的光可以通過，形成導帶。由于光子晶體所用材料為非金屬晶體材料，對可見光波段的吸收系數較小，因此禁帶的反射率較高，可達99.9%以上。因其具備以上良好的光學性能，從而為制備高反射率光子晶體反射器提供了可能。

R.?Jomtaraka等（Geometrically?Distributed?1D?Photonic?Crystals?for?Light-Reflection?in?All?Angles,?SciVerse?Sciencedirect.?2012,?32,?455-460）提到使用周期按幾何級數分布的一維光子晶體疊加以增寬禁帶寬度的方法，但這種方法針對性不高，需用晶體周期層數較多，實際制作復雜。

韓培德等（Omni-directional?mirror?for?visible?light?based?on?one-dimensional?photonic?crystal,?CHINESE?OPTICS?LETTERS.?2011,?9(7),?071603）提到使用(AB)m/(CD)n/(EF)l/(MN)s結構實現全可見光波段全角度反射器的方法，但這種方法需用三種不同結構的光子晶體組成，結構較復雜，當光線以大于60°入射時，可見光波段TM模光線將不能完全反射。

顧培夫等（用于可見光區的薄膜光子晶體全角度反射器,?物理學報.2005,?54(8)）提到使用角域疊加的方法實現全可見光波段全角度反射器，但這種方法也并未完全覆蓋全可見光波段。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于一維光子晶體的全可見光波段全角度反射器，本發明提供的反射器反射率較高，結構簡單易于制備，當光線以大角度入射時，仍可實現全可見光波段的反射。

本發明的原理在于：當對光子晶體的結構進行優化，將會發現在較大范圍內出現完全光子禁帶，而在此基礎上疊加另一種光子晶體，將會發現最終的禁帶將是兩種光子晶體禁帶的疊加。本發明針對于當入射角度增大時，禁帶將向短波平移的特點，在等周期寬度基礎上設計兩種光子晶體，使其禁帶范圍的疊加在大入射角度條件下仍可覆蓋全可見光波段。

本發明基于光子晶體的全可見光波段全角度反射器由兩種光子晶體疊加構成，每種光子晶體均由兩種不同的介電材料按照相同的周期交替排列而成，反射器的結構為[A/B]_?m[C/D]_n，其中：

所述的第一光子晶體中，材料A的介電常數1.96，材料B的介電常數16，光子晶體的晶格常數d=134nm，單個周期內A的寬度d₁=0.74d，B的寬度d₂=0.26d，光子晶體周期數m選擇8或9；

所述的第二光子晶體中，材料C的介電常數1.96，材料D的介電常數16，光子晶體的晶格常數d=134nm，單個周期內C的寬度d₃=0.5d，D的寬度d₄=0.5d，光子晶體周期數n選擇11、12或13。

本發明中，用于構造全角度反射器的介電材料A和C選擇氟化鋰，B和D選擇鍺。但是，用于構建本發明全角度反射器的介電材料并不局限于氟化鋰和鍺，凡是介電常數與其相等或接近的其他各類材料，均可以用于構建本發明全角度反射器。

本發明基于光子晶體的全可見光波段全角度反射器的制備方法是，首先用磁控濺射方法在光學基片上沉積一層設計厚度的介電材料D，再沉積一層設計厚度的介電材料C，按以上方法再沉積n－1個周期的[C/D]；在以上基礎上，再沉積一層設計厚度的介電材料B，然后再沉積一層設計厚度的介電材料A，按以上方法再沉積m－1個周期的[A/B]。

本發明基于光子晶體的全可見光波段全角度反射器結構簡單，易于制備，可以實現384nm～768nm全可見光波段的全角度反射，且反射率可以達到99.9%以上。

附圖說明