[發明專利]一種基于激光刻蝕石墨烯薄膜堆疊的光子晶體及加工方法

有效

• 申請號: 202010781050.3
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111880261B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 劉子豪;曹宇;柳楊;薛偉;劉文文;陳潔;朱德華;孫兵濤
• 申請（專利權）人: 溫州大學平陽智能制造研究院
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/136;B23K26/362
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 陳孝政

本發明提供了一種基于激光刻蝕石墨烯薄膜堆疊的光子晶體，包括若干個堆疊在一起的雙層晶體結構，雙層晶體結構包括玻璃基片和石墨烯薄膜，石墨烯薄膜上與環形玻璃基片中空部分對應的區域設置有周期性微結構圖形，使得該雙層晶體結構形成了一石墨烯薄膜層和一空氣層，改變玻璃基片的厚度即可調節空氣層的厚度；石墨烯薄膜上的周期性微結構圖形采用激光刻蝕方法根據設計圖形制作。本發明還同時提供了一種基于激光刻蝕石墨烯薄膜堆疊的光子晶體的加工方法。本發明能夠快速制備光子晶體，工藝簡單易于實現，設計的微周期結構的尺寸、刻蝕圖形等參數均能快速調節，最終實現對不同頻率的光在光子晶體中傳播的控制，具有極好的設計靈活性和參數可調性。

技術領域

本發明屬于激光加工應用技術領域，具體涉及一種基于激光刻蝕石墨烯薄膜堆疊的光子晶體及加工方法。

背景技術

激光刻蝕加工是將高光束質量的小功率激光束，聚焦成極小光斑，在焦點處形成很高的功率密度，在極短的時間內產生很高的能量密度，以其高能量使材料快速汽化蒸發、熔化，形成孔和縫等結構。由于激光束具有可聚焦為激光波長級別的極小光斑的特點，所以激光刻蝕技術可加工寬度為微米級別的線。由于激光加工是無接觸加工，且具有柔性化程度高、加工速度快、無噪聲、熱影響區域小的特點，所以激光刻蝕加工具有很好的尺寸精度和加工質量。

光子晶體是由不同折射率的介質周期性排列而成的人工微結構，也稱光子禁帶材料。光子晶體中存在著由高低折射率的材料交替排列形成的周期性結構，可以產生光子晶體帶隙，而周期排列的低折射率位點之間的距離大小相同，導致了一定距離大小的光子晶體只對一定頻率的光波產生能帶效應，那么具有一定頻率的光會在具有對應周期距離的光子晶體中被完全禁止傳播。此外可以通過引入缺陷破壞故光子晶體的周期結構特性，在光子帶隙中形成相應的缺陷能級，只有特定頻率的光能夠在該能級中出現。

目前，可調諧光子晶體的制備方法的研究仍有很大的發展空間。因為電介質的折射率和光子晶體的晶格常數決定了光子帶隙的寬度和位置，所以改變外部環境，如電場、磁場、溫度等，就能對光子帶隙進行調制。通常實現可調諧光子晶體的方法是利用電場或溫度調節液晶或半導體等材料。溫度調節的時間響應較慢，通常在毫秒～秒的量級。電場調節可以實現較快的時間響應，但如何將電流和電壓加到光子晶體上也是需要解決的問題。此外，大部分光子晶體制備完成后，其特性很難發生變化，僅能對特定頻率的光波產生能帶效應，有些種類的光子晶體可以在工作工程中發生改變，但修改結構所需時間極長，調控效率很低，調節范圍很窄。因此，需要簡單、低成本的制備方法在提升溫度調節響應時間的基礎上制備出可調諧光子晶體。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種基于激光刻蝕石墨烯薄膜堆疊的光子晶體；同時本發明還提供了一種光子晶體的加工方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種基于激光刻蝕石墨烯薄膜堆疊的光子晶體，包括若干個堆疊在一起的雙層晶體結構，所述雙層晶體結構包括玻璃基片和石墨烯薄膜，所述玻璃基片內部中空，外圍為一長方形；石墨烯薄膜粘連覆蓋在玻璃基片上，且其寬度與玻璃基片的外圍寬度一致，其長度大于玻璃基片的外圍長度，使得玻璃基片兩端均留有石墨烯薄膜余量，用于連接熱源；石墨烯薄膜上與環形玻璃基片中空部分對應的區域設置有周期性微結構圖形，使得該雙層晶體結構形成了一石墨烯薄膜層和一空氣層，改變玻璃基片的厚度即可調節空氣層的厚度，改變石墨烯薄膜的厚度即可調節石墨烯薄膜層的厚度；石墨烯薄膜上的周期性微結構圖形采用激光刻蝕方法根據設計圖形制作。

本發明還提供了一種基于激光刻蝕石墨烯薄膜堆疊的光子晶體的加工方法，包括以下步驟：

(1)材料準備：所述材料包括玻璃基片和石墨烯薄膜；

所述玻璃基片內部中空，外圍為一長方形；所述石墨烯薄膜具有粘連性，即將石墨烯吸附在導熱雙面膠的一面形成具有粘連特性的石墨烯薄膜；石墨烯薄膜的寬度與玻璃基片的外圍寬度一致，其長度大于玻璃基片的外圍長度；