[發明專利]基于全息干涉術的光子晶體制造裝置

有效

• 申請號: 201210332492.5
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN102798930A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 任雪暢;沈少鑫;李彥雙;劉守
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G02B6/138
• 分類號: G02B6/138;G02B5/32;G03F7/20
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森;劉勇

技術領域

本發明涉及光子晶體制造裝置，尤其是涉及一種基于全息干涉術的光子晶體制造裝置。

背景技術

光子晶體的概念是由E.Yablonovitch（[1]E.Yablonovitch.“Inhibited?Spontaneous?Emission?in?Solid-State?Physics?and?Electronics”[J].Phys.Rev.Lett.,1987,58(20):2059-2062）和S.John（[2]S.John.“Strong?Localization?of?Photons?in?Certain?Disordered?Dielectric?Superlattices”[J].Phys.Rev.Lett.,1987,58(23):2486-2489）兩人于1987年首次獨立提出的，它是一種介電常數（或者說折射率）在空間呈周期性變化的材料。

眾所周知，在半導體材料中原子排列的晶格結構產生的周期性電勢場影響著在其中運動的電子的性質，使其形成能帶結構。由于介電常數的周期性調制，電磁波在光子晶體中的傳播可以用類似于電子在半導體中運動的能帶結構來描述。具體表現為：一定頻率的光波在光子晶體的特定方向上被散射，不能透過，形成光子禁帶（或稱光子帶隙），頻率落在光子禁帶中的光波在一定方向上無法傳播。這種具有光子禁帶的周期性介電材料即為光子晶體或光子帶隙材料（[3]范長林,光子晶體的全新應用及其研究[D],電子科技大學,2003年.）。

按介電常數的周期性變化及其出現的空間維度，光子晶體可分為一維、二維、三維光子晶體。其中三維光子晶體因其介電常數在三維方向呈周期性排列，因而是最容易實現完全光子禁帶結構的（[4]邊超,明海,光子晶體的研究進展及應用前景[J],光電子技術與信息,2000年01期.）。

多束光全息干涉術常用來制造三維光子晶體。利用光刻膠的感光特性以及單次曝光法可十分方便的記錄三維光學結構。在此，我們采用四束光干涉的三維全息術用來制造大面積的周期性結構。通過這個方法我們能夠得到納米級的晶體結構，并以此為模板制造出高折射率對比度的互補結構。

多束光全息干涉術具體技術要點如下：

我們通過在光刻膠上用四束不共面的光進行干涉的方法可以制造出三維周期性的微結構。干涉結構的強度分布反應出了晶格的三維平移對稱性，并且它的倒晶格矢對應于兩兩光束的波矢差（[5]M.Campbell,D.N.Sharp,M.T.Harrison,R.G.Denning,and?A.J.Turberfield,“Fabrication?of?photonic?crystals?for?the?visible?spectrum?by?holographic?lithography,”Nature404,53–56(2000).）。四束干涉光的波矢分布決定了干涉結構的平移對稱性及晶格常數，進而可用來決定晶胞內介質材料的分布，從而反過來決定光子能帶結構。同時，全息干涉術可對形成的干涉結構的尺寸和形態進行精確的控制。例如，通過控制兩束光的波矢差可以用來控制干涉結構的空間周期性和平移對稱性。干涉結構的對比度可以通過控制每束光的實振幅、偏振態以及相位來實現。