專利名稱：二維復(fù)合周期性光子晶體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)、材料科學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種二維復(fù)合周期性光子晶體材料。
背景技術(shù)：
光子晶體是實(shí)現(xiàn)各種高效光子集成器件的新型人工微結(jié)構(gòu)材料，在光通信等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景，是目前國內(nèi)外的一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。理論證明，當(dāng)光子在光子晶體中傳播時(shí)，光子晶體會對具有不同能量(或不同頻率)的光子的傳播產(chǎn)生不同的影響，一定能量(或頻率)范圍的光子是不能在光子晶體中傳播的，或者說這些能量(或頻率)范圍的光子在光子晶體中的傳播是被禁止的。這些不能傳播的光子所在的能量(或頻率)范圍的大小(或?qū)挾?，稱為光子晶體的光子禁帶。此外，即使是在同一能量(或頻率)范圍的光子，在同一光子晶體中能否傳播，還與光子的傳播方向有關(guān)。如果這些光子沿光子晶體的各個(gè)方向的傳播都被禁止，則表示光子晶體的光子禁帶是各向同性的。否則，則說明該光子晶體的光子禁帶是各向異性的。而光子晶體的光子禁帶的各向同性性是與光子晶體結(jié)構(gòu)的對稱性有關(guān)的。對稱性越高，不僅光子禁帶的各向同性性越好，而且還能產(chǎn)生更多的各向同性的光子禁帶，從而使更多能量(或頻率)范圍的光子在光子晶體中沿不同方向的傳播都被禁止。光子晶體的光子禁帶的各向同性性越好，則對光子實(shí)行有效調(diào)控的靈活性越高，應(yīng)用潛力越大。具有周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體的最高對稱性為6，和周期性光子晶體相比較，光子準(zhǔn)晶由于具有比6更高的對稱性，因而更容易形成各向同性性好的光子禁帶。盡管理論分析[1]上對光子準(zhǔn)晶有很多報(bào)道，但是，光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)由于沒有周期性，因此，迄今為止，有關(guān)光子準(zhǔn)晶的光子禁帶結(jié)構(gòu)，在理論上都是采用近似方法計(jì)算分析，無法在理論上給出其精確的圖象。實(shí)驗(yàn)制備方法上，目前使用的方法主要有多光束全息干涉[2a，2c]，半導(dǎo)體加工技術(shù)[2e]，激光直寫[2d]，光學(xué)感應(yīng)[2f]和手工搭建[2b]等一系列方法。參見1.Y.S.Chan et al，Phys.Rev.Lett.80，956(1998)；S.S.M.Cheng et al，Phys.Rev.B 59，4091(1999).
2.a)Y.Yang et al，Appl.Phys.Lett.88，251104(2006)；b)W.Man et al，Nature 436，993(2005)；c)X.Wang et al，Adv.Mater.15，1526(2003)；d)A.Ledermann et al，Nature Mater.5，942(2006)；e)M.E.Zoorob et al，Nature 404，740(2000).f)B.Freedman et al，Nature440，1166(2006)；發(fā)明內(nèi)容由于光子晶體的光子禁帶特性主要由局部結(jié)構(gòu)的對稱性等因素決定，為此，本發(fā)明的目的在于，提供一種二維復(fù)合周期性光子晶體材料，使得光子晶體既具有光子準(zhǔn)晶的光子禁帶特性，又具有周期性光子晶體的光子禁帶結(jié)構(gòu)可以精確計(jì)算、在理論上可以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)光子晶體的光學(xué)特性的特點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是一種二維復(fù)合周期性光子晶體材料，其特征是具有由高對稱性的光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)排布成陣列，該復(fù)合光子晶體材料呈現(xiàn)出周期性；既具有二維光子準(zhǔn)晶的光子禁帶，又具有周期性光子晶體的光子禁帶結(jié)構(gòu)。
而且，由具有高重對稱性的二維光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)排布成周期性陣列結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是這種光子晶體由具有高重對稱性的二維光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)構(gòu)成，具有嚴(yán)格周期性，既具有光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的良好光子禁帶特征，又具有周期性光子晶體的光子禁帶結(jié)構(gòu)可以精確計(jì)算分析的特點(diǎn)。由于這種光子晶體結(jié)構(gòu)具有嚴(yán)格的周期性，使得其光子禁帶結(jié)構(gòu)可以通過現(xiàn)有成熟的物理定理和方法進(jìn)行精確計(jì)算，從而在理論上可以通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)等條件，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)、優(yōu)化其光子禁帶特性。計(jì)算結(jié)果表明這種二維復(fù)合周期性光子晶體材料能夠產(chǎn)生更多的各向同性的光子禁帶，有利于光子晶體對具有不同能量(或頻率)的光子的傳播進(jìn)行有效控制。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)即文獻(xiàn)2(a)報(bào)道的用全息干涉法制備的8重對稱光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)即文獻(xiàn)2(c)報(bào)道的用全息干涉法制備的10重對稱光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)即文獻(xiàn)2(e)報(bào)道的用半導(dǎo)體加工技術(shù)制備的12重對稱光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)圖。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)即文獻(xiàn)2(f)報(bào)道的光學(xué)感應(yīng)方法制備的10重對稱光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明截取12重對稱性光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)構(gòu)成的周期性光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明所截取的12重對稱光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)圖。
圖7是本發(fā)明截取16重對稱性光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)構(gòu)成的周期性光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明所截取的16重對稱光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)圖。
圖9是本發(fā)明截取18重對稱性光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)構(gòu)成的周期性光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是本發(fā)明所截取的18重對稱光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)圖。
圖11是本發(fā)明截取24重對稱性光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)構(gòu)成的周期性光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是本發(fā)明所截取的24重對稱光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1～圖12，本發(fā)明所述的二維復(fù)合周期性光子晶體材料，它具有由高對稱性的光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)排布成陣列，該復(fù)合光子晶體材料呈現(xiàn)出周期性；既具有二維光子準(zhǔn)晶的光子禁帶，又具有周期性光子晶體的光子禁帶結(jié)構(gòu)。這樣將可以在理論上進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算分析。
所述“高對稱性”是指相對現(xiàn)有周期性光子晶體結(jié)構(gòu)而言具有更高的對稱性。圖中a1、a2為基矢。
獲得具有上述光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的二維復(fù)合周期性光子晶體材料的方法是通過截取具有高重對稱性的二維光子準(zhǔn)晶體的局部結(jié)構(gòu)排列成陣列結(jié)構(gòu)，形成具有嚴(yán)格周期性的二維復(fù)合光子晶體。制備該光子晶體材料的方法可以通過多光束全息干涉，半導(dǎo)體刻蝕工藝，激光直寫，光學(xué)感應(yīng)和手工搭建等一系列方法。
進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是由具有高重對稱性的二維光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)排布成周期性陣列結(jié)構(gòu)(參見圖5～圖12)。
所述“高重對稱性”一般是指高于6重。
實(shí)際上可以是高于6重的更高重對稱性的二維光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種二維復(fù)合周期性光子晶體材料，其特征是具有由高對稱性的光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)排布成陣列，該復(fù)合光子晶體材料呈現(xiàn)出周期性；既具有二維光子準(zhǔn)晶的光子禁帶，又具有周期性光子晶體的光子禁帶結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維復(fù)合周期性光子晶體材料，其特征是由具有高重對稱性的二維光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)排布成周期性陣列結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種二維復(fù)合周期性光子晶體材料，其特征是具有由高對稱性的光子準(zhǔn)晶的局部結(jié)構(gòu)排布成陣列，該復(fù)合光子晶體材料呈現(xiàn)出周期性；既具有二維光子準(zhǔn)晶的光子禁帶，又具有周期性光子晶體的光子禁帶結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是這種光子晶體結(jié)構(gòu)具有嚴(yán)格的周期性，使得其光子禁帶結(jié)構(gòu)可以通過現(xiàn)有成熟的物理定理和方法進(jìn)行精確計(jì)算，從而在理論上可以通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)等條件，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)、優(yōu)化其光子禁帶特性。計(jì)算結(jié)果表明這種二維復(fù)合周期性光子晶體材料能夠產(chǎn)生更多的各向同性的光子禁帶，有利于光子晶體對具有不同能量(或頻率)的光子的傳播進(jìn)行有效控制。
文檔編號G02B1/00GK101038344SQ20071005192
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者汪國平, 楊奕 申請人:武漢大學(xué)