光子晶體，光子晶體的光子帶隙的物理起源是什么

來源：整理時(shí)間：2024-12-29 10:22:27 編輯：智能門戶手機(jī)版

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1，光子晶體的光子帶隙的物理起源是什么
2，納米棱鏡就是光子晶體嗎什么事光子晶體什么是納米棱鏡搜
3，光子晶體有什么用可以變色嗎
4，什么叫做光子晶體
5，光子晶體的基本介紹
6，什么是光子晶體結(jié)構(gòu)

1，光子晶體的光子帶隙的物理起源是什么

光子晶體是指具有光子帶隙（PhotonicBand-Gap,簡(jiǎn)稱為PBG）特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，有時(shí)也稱為PBG結(jié)構(gòu)。所謂的光子帶隙是指某一頻率范圍的波不能在此周期性結(jié)構(gòu)中傳播，即這種結(jié)構(gòu)本身存在“禁帶”。這一概念最初是在光學(xué)領(lǐng)域提出的，現(xiàn)在它的研究范圍已擴(kuò)展到微波與聲波波段。由于這種結(jié)構(gòu)的周期尺寸與“禁帶”的中心頻率對(duì)應(yīng)的波一籌莫展可比擬，所以這種結(jié)構(gòu)在微波波段比在光波波段更容易實(shí)現(xiàn).

光子晶體的光子帶隙的物理起源是什么

2，納米棱鏡就是光子晶體嗎什么事光子晶體什么是納米棱鏡搜

研究光子晶體帶隙有用途:1. 與納米技術(shù)相結(jié)合，用于制造微米級(jí)的激光，硅基激光;2. 與量子點(diǎn)結(jié)合，使得原子和光子的相互作用影響材料的性質(zhì)，從而達(dá)到減小光速、減小吸收等作用3. 光子晶體光纖應(yīng)用隨著社會(huì)的發(fā)展，顯赫一時(shí)的半導(dǎo)體器件已經(jīng)不能滿足信息技術(shù)發(fā)展的需要，必須尋找信息傳輸速率更高，效率更高的新材料。普遍認(rèn)為，光子技術(shù)將續(xù)寫電子技術(shù)的輝煌，光子晶體將成為未來所依賴的新材料。4. 狄拉克錐在光子晶體中的實(shí)現(xiàn)這樣的提問沒有意義建議自己下去查查資料

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3，光子晶體有什么用可以變色嗎

可以，光子晶體是變色龍身體里面的晶體，可以導(dǎo)致色光的折射。

即光子禁帶材料，從材料結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。與半導(dǎo)體晶格對(duì)電子波函數(shù)的調(diào)制相類似，光子帶隙材料能夠調(diào)制具有相應(yīng)波長(zhǎng)的電磁波—當(dāng)電磁波在光子帶隙材料中傳播時(shí)，由于存在布拉格散射而受到調(diào)制，電磁波能量形成能帶結(jié)構(gòu)。能帶與能帶之間出現(xiàn)帶隙，即光子帶隙。所具能量處在光子帶隙內(nèi)的光子，不能進(jìn)入該晶體。光子晶體和半導(dǎo)體在基本模型和研究思路上有許多相似之處，原則上人們可以通過設(shè)計(jì)和制造光子晶體及其器件，達(dá)到控制光子運(yùn)動(dòng)的目的。光子晶體(又稱光子禁帶材料)的出現(xiàn)，使人們操縱和控制光子的夢(mèng)想成為可能。

光子晶體有什么用可以變色嗎

4，什么叫做光子晶體

光子晶體(又稱光子禁帶材料)的出現(xiàn)，使人們操縱和控制光子的夢(mèng)想成為可能。從材料結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。與半導(dǎo)體晶格對(duì)電子波函數(shù)的調(diào)制相類似，光子帶隙材料能夠調(diào)制具有相應(yīng)波長(zhǎng)的電磁波———當(dāng)電磁波在光子帶隙材料中傳播時(shí)，由于存在布拉格散射而受到調(diào)制，電磁波能量形成能帶結(jié)構(gòu)。能帶與能帶之間出現(xiàn)帶隙，即光子帶隙。所具能量處在光子帶隙內(nèi)的光子，不能進(jìn)入該晶體。光子晶體和半導(dǎo)體在基本模型和研究思路上有許多相似之處，原則上人們可以通過設(shè)計(jì)和制造光子晶體及其器件，達(dá)到控制光子運(yùn)動(dòng)的目的。迄今為止，已有多種基于光子晶體的全新光子學(xué)器件被相繼提出，包括無閾值的激光器，無損耗的反射鏡和彎曲光路，高品質(zhì)因子的光學(xué)微腔，低驅(qū)動(dòng)能量的非線性開關(guān)和放大器，波長(zhǎng)分辨率極高而體積極小的超棱鏡，具有色散補(bǔ)償作用的光子晶體光纖，以及提高效率的發(fā)光二極管等。光子晶體的出現(xiàn)使信息處理技術(shù)的“全光子化”和光子技術(shù)的微型化與集成化成為可能，它可能在未來導(dǎo)致信息技術(shù)的一次革命，其影響可能與當(dāng)年半導(dǎo)體技術(shù)相提并論。

5，光子晶體的基本介紹

光子晶體（Photonic Crystal）是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分別獨(dú)立提出，是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)。光子晶體即光子禁帶材料，從材料結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。與半導(dǎo)體晶格對(duì)電子波函數(shù)的調(diào)制相類似，光子帶隙材料能夠調(diào)制具有相應(yīng)波長(zhǎng)的電磁波---當(dāng)電磁波在光子帶隙材料中傳播時(shí)，由于存在布拉格散射而受到調(diào)制，電磁波能量形成能帶結(jié)構(gòu)。能帶與能帶之間出現(xiàn)帶隙，即光子帶隙。所具能量處在光子帶隙內(nèi)的光子，不能進(jìn)入該晶體。光子晶體和半導(dǎo)體在基本模型和研究思路上有許多相似之處，原則上人們可以通過設(shè)計(jì)和制造光子晶體及其器件，達(dá)到控制光子運(yùn)動(dòng)的目的。光子晶體(又稱光子禁帶材料)的出現(xiàn)，使人們操縱和控制光子的夢(mèng)想成為可能。簡(jiǎn)單地說，光子晶體具有波長(zhǎng)選擇的功能，可以有選擇地使某個(gè)波段的光通過而阻止其它波長(zhǎng)的光通過其中。此外值得注意的是，蝴蝶翅膀的顏色在很大程度上與光子晶體有關(guān) ，然而這并不意味著蝴蝶翅膀是無色的。按照光子晶體的光子禁帶在空間中所存在的維數(shù)，可以將其分為一維光子晶體、二維光子晶體和三維光子晶體，如右圖所示：

莫爾光子晶體的制備方法莫爾光子晶體的制備方法是將兩個(gè)具有相同周期結(jié)構(gòu)的光子晶體互相旋轉(zhuǎn)一定角度后重疊起來，從而構(gòu)成莫爾光子晶體，具體操作過程有采用蛋白石結(jié)構(gòu)的莫爾光子晶體制備，或反蛋白石結(jié)構(gòu)的莫爾光子晶體制備，或利用微加工工藝進(jìn)行莫爾光子晶體制備；其中蛋白石結(jié)構(gòu)的莫爾光子晶體制備針對(duì)聚苯乙烯、或聚甲基丙烯酸甲酯、或二氧化硅利用自組裝方法可以有序排列起來的納米或微米球，反蛋白石結(jié)構(gòu)的莫爾光子晶體制備針對(duì)粉末狀介電材料，利用微加工工藝進(jìn)行莫爾光子晶體制備針對(duì)介電薄膜材料。利用莫爾效應(yīng)制備的光子晶體有著非常豐富的結(jié)構(gòu)變化?？梢缘玫蕉喾N新結(jié)構(gòu)的光子晶體，從而降低了制備成本，提高了新結(jié)構(gòu)光子晶體的開發(fā)和制備效率。主權(quán)項(xiàng) 　 1.一種莫爾光子晶體的制備方法，其特征在于制備方法是將兩個(gè)具有相同周期結(jié)構(gòu)的光子晶體互相旋轉(zhuǎn)一定角度后重疊起來，從而構(gòu)成莫爾光子晶體，具體操作過程有采用蛋白石結(jié)構(gòu)的莫爾光子晶體制備，或反蛋白石結(jié)構(gòu)的莫爾光子晶體制備，或利用微加工工藝進(jìn)行莫爾光子晶體制備；其中蛋白石結(jié)構(gòu)的莫爾光子晶體制備針對(duì)聚苯乙烯、或聚甲基丙烯酸甲脂、或二氧化硅利用自組裝方法可以有序排列起來的納米或微米球，反蛋白石結(jié)構(gòu)的莫爾光子晶體制備針對(duì)粉末狀介電材料，利用微加工工藝進(jìn)行莫爾光子晶體制備針對(duì)介電薄膜材料。

6，什么是光子晶體結(jié)構(gòu)

光子晶體是一種人造微結(jié)構(gòu),它的晶格尺寸與光波的波長(zhǎng)相當(dāng),是晶體晶格尺寸的1000倍。光子晶體的制作具有相當(dāng)大的難度,根據(jù)適用的波長(zhǎng)范圍,制作技術(shù)也不同。此外,還需要引入缺陷態(tài),因此,制作過程往往需要采用多種技術(shù)才能完成。1.精密加工法 Ames實(shí)驗(yàn)室證實(shí)了金剛石結(jié)構(gòu)的光子晶體具有很大的帶隙后, Yablonovitch等人便采用活性離子束以打孔法制造了第一塊具有完全光子帶隙(photonic band gap, PBG)的三維光子晶體。他們采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)在一塊高介電常數(shù)的底板表面以偏離法線35.26°的角度從3個(gè)方向鉆孔,各方向的夾角為120°。但是,當(dāng)孔鉆得較深,并彼此交叉時(shí),孔會(huì)產(chǎn)生位置偏離,從而影響其周期性結(jié)構(gòu)。Ho等提出了木堆結(jié)構(gòu)(Woodp ile Structure) ,即用介電柱的多層堆積形成完全帶隙的介電結(jié)構(gòu)。Ozbay等用鋁棒堆積成Woodpile結(jié)構(gòu),其缺點(diǎn)是工藝比較繁瑣,且結(jié)構(gòu)的周期準(zhǔn)確性難以保證。Ozbay等又發(fā)展了逐層疊加結(jié)構(gòu)(Layer-by-layer Structure) ,即先制造出各向異性的二維Si/SiO2 層狀結(jié)構(gòu),然后以Woodp ile結(jié)構(gòu)的周期結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行逐層疊加,即四層形成一個(gè)周期。通過層疊法和半導(dǎo)體工藝的結(jié)合,使得設(shè)計(jì)出的光子晶體具有禁帶寬、帶隙可達(dá)到紅外及近紅外區(qū)的優(yōu)點(diǎn)。由于是以半導(dǎo)體工業(yè)成熟的技術(shù)為基礎(chǔ),精密加工法是制備光子晶體最為穩(wěn)定可靠的方法。然而其工藝復(fù)雜、造價(jià)昂貴,并且受現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)水平的限制,若要制備更小波長(zhǎng)尺度的三維光子晶體、晶體摻雜以及缺陷引入等方面卻存在著很大的挑戰(zhàn)。2.膠體晶體法早在1968年, Kriger等人就發(fā)現(xiàn)了由乳液聚合得到的聚苯乙烯膠乳(50～500nm)在體積分?jǐn)?shù)超過35%時(shí)出現(xiàn)蛋白石特有的顏色。蛋白石是一種具有不完全帶隙的光子晶體,其獨(dú)有的顏色是由可見光的布拉格衍射產(chǎn)生的。由于膠體晶體的晶格尺寸在亞微米級(jí)量級(jí),它可望成為制造近紅外及可見光波段三維光子晶體的一條有效途徑。在溶液中,膠體顆粒小球表面帶有電荷,在適當(dāng)?shù)碾姾擅芏群皖w粒濃度下,通過靜電力相互作用,小球自組織生長(zhǎng)成周期性結(jié)構(gòu),形成膠體晶體。在毛細(xì)容器中,利用膠粒與帶電玻璃器壁的靜電力相互作用。當(dāng)膠粒體積分?jǐn)?shù)較高時(shí),膠體懸浮顆粒以面心立方( FCC)點(diǎn)陣堆積; 當(dāng)體積分?jǐn)?shù)較低時(shí),傾向于體心立方(BCC)點(diǎn)陣堆積,晶體的密排面平行于器壁表面。目前,已經(jīng)制備的膠體晶體多為聚苯乙烯乳膠體系和二氧化硅膠體顆粒體系。遺憾的是它們不具備高的介電比和合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),因而并不能產(chǎn)生完全光子帶隙。為了提高介電比,可以將膠體晶體小心脫水,得到緊密堆積的蛋白石結(jié)構(gòu)。3.反蛋白石結(jié)構(gòu)法反蛋白石結(jié)構(gòu)是指低介電系數(shù)的小球(通常為空氣小球)以面心立方密堆積結(jié)構(gòu)分布于高介電系數(shù)的連續(xù)介質(zhì)中,這種結(jié)構(gòu)將有望產(chǎn)生完全能隙。1997年Velev等人首先用經(jīng)陽離子表面活性劑CTAB浸泡過的聚苯乙烯顆粒形成的膠體晶體為模板,合成了含三維有序排列的空氣球的二氧化硅反蛋白石材料。主要采用模板法,具體操作為:以顆粒小球所構(gòu)成的緊密堆積結(jié)構(gòu)為模板,向小球間隙填充高介電常數(shù)的Si, Ge, TiO2 等材料,然后通過煅燒、化學(xué)腐蝕等方法將模板小球除去,得到三維空間的周期結(jié)構(gòu)。Vlasov等人以SiO2 膠體晶體為模板,制得了硒化鎘有序大孔量子點(diǎn)陣固體材料。Blanco等人以SiO2 膠體晶體為模板,用化學(xué)氣相沉積法向其空隙填入硅,形成純硅反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體。4.其他方法(1)飛秒激光干涉法利用飛秒激光干涉法已實(shí)現(xiàn)了一維、二維和三維近紅外波段的光子晶體制作。該方法利用衍射分束器將飛秒脈沖分為多束,然后用兩個(gè)透鏡會(huì)聚疊加。搭建的實(shí)驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)較高的調(diào)整精度,以實(shí)現(xiàn)飛秒脈沖的瞬態(tài)疊加。采用二倍頻的飛秒激光, 波長(zhǎng)為380nm, 脈寬80fs, 重復(fù)頻率82MHz,一次照射制作, 照射功率約100μW,時(shí)間20 s。使用的是SU - 8膠等聚合物,聚合物薄膜厚度可達(dá)25μm。經(jīng)激光照射后,進(jìn)行顯影定影,即可形成光子晶體結(jié)構(gòu)。通過衍射分束器可將一束激光分為9束,再選擇不同角度的幾束實(shí)現(xiàn)不同維度的光子晶體曝光;選擇兩束可以實(shí)現(xiàn)一維光子晶體加工,選擇四束可以實(shí)現(xiàn)二維光子晶體加工,而選擇合適角度的六束激光并使之疊加干涉,可以實(shí)現(xiàn)三維光子晶體微加工,使加工精度更高。利用該方法, Campbell等人制成了可在可見光和近紅外光波段工作的三維光子晶體。(2)聚焦離子束利用聚焦離子束及其工作平臺(tái)可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn),在多孔的硅上沿一定方向鉆孔,形成Yabno-vitch結(jié)構(gòu)的三維光子晶體。也可在多層膜上刻蝕可在近紅外波段工作的一維槽和多層膜垂直相交的二維光子晶體結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)已利用該方法制作了可見光和近紅外波段二維光子晶體,并測(cè)試了其光學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)表明,聚焦離子束可以加工出較高質(zhì)量的二維光子晶體,加工的無源光子晶體光學(xué)特性較好。

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