光子晶体异质结的位相和应用 3
光子晶体的原理与应用
光子晶体的原理与应用概述光子晶体是一种由周期性改变介电常数分布而形成的结构，具有能带结构类似于电子在晶格中的运动。
光子晶体能够控制光的传播和波长选择性，因此在光学领域具有广泛的应用前景。
光子晶体的原理光子晶体的原理基于周期性调制介电常数分布。
通过改变材料的周期性结构，可以实现光子晶体的禁带带隙效应，即在一定频率范围内，光的传播被完全阻止。
光子晶体的禁带带隙可以通过调节结构的周期、材料的折射率以及填充材料来实现。
光子晶体的禁带带隙效应是由几何光学效应和电磁场的相互作用相结合而产生的。
在光子晶体中，光通过周期性结构时，会出现在特定频率范围内的相干散射。
这种相干散射会导致光的传播被阻挡，从而形成禁带。
禁带带隙的宽度取决于周期性结构的参数，包括晶格常数、材料折射率以及填充材料等。
光子晶体的应用光子晶体的光学波导光子晶体可以实现光的传输和波导效应。
在光子晶体中，通过调节光子晶体的周期性结构，可以实现光的导向和控制。
光子晶体光波导可以用于构建高效的光耦合器、分束器、滤波器、光放大器等光学元件。
光子晶体光波导具有低损耗、高效率等特点，被广泛应用于光通信、光子芯片等领域。
光子晶体的传感器光子晶体由于其禁带带隙效应，可以实现光的滤波和波长选择性。
这使得光子晶体成为理想的传感器材料。
通过改变光子晶体的结构和填充材料，可以实现对不同化学和生物分子的敏感度。
光子晶体传感器可以用于检测环境中的气体、液体、生物分子等，具有高灵敏度、高选择性和实时监测等特点。
光子晶体的光学器件光子晶体的禁带带隙效应还可以用于设计和制造光学器件。
通过选择合适的晶格参数和材料，可以实现对特定波长和频率的光的调控。
光子晶体光学器件包括滤光器、反射镜、全反射镜、衍射光栅等。
这些光学器件具有高效率、高分辨率和高准确性的特点，并在光学测量、光通信等领域得到广泛应用。
光子晶体的激光器利用光子晶体的禁带带隙效应，可以实现低阈值、窄带宽的激光器。
光子晶体激光器在光通信、光信息处理等领域具有重要应用前景。
光子晶体的新技术与应用
光子晶体的新技术与应用光子晶体，是由周期性介质微结构组成的一种新型光学材料，具有与半导体等材料类似的带隙结构。
它可以通过控制光的传播方式和频率以实现很多光学效应。
近年来，随着光子晶体的不断发展和研究，它已成为一个引人注目的新型材料，并在许多领域中得到了广泛的应用。
下面就让我们来一探光子晶体的新技术与应用。
一、光子晶体的制备技术目前，制备光子晶体主要有三种方法，分别是自组装法、光束干涉法和离子注入法。
自组装法是将介质微珠均匀地分散在溶液中，再利用自组装原理使其自组装成为光子晶体。
光束干涉法是在介质中打入两束激光，由于相位差的存在，使得在交点处形成周期性微结构。
离子注入法是将离子注入到介质中，形成一个高折射率区和低折射率区交替分布的结构。
这三种方法各有优缺点，且制备过程也非常复杂，需要较强的技术支持。
但是，光子晶体的制备技术的不断进步，将为其在各个领域中的应用提供更多的可能。
二、光子晶体在传感领域的应用由于光子晶体的带隙结构具有高度选择性，敏感度高等特点，因此在传感领域中有较大的应用潜力。
其主要应用在生化传感、环境监测等领域。
例如，在生化传感方面，利用光子晶体芯片可以检测出非常小的生化分子，从而实现对生物离子浓度、蛋白质浓度等的检测；在环境监测方面，可以通过光子晶体芯片来检测空气中的污染物，如NO2、SO2等。
三、光子晶体在光学器件领域的应用光子晶体的带隙结构可以控制光的传输，利用这种特性可以制作出各种光学器件。
例如，将光子晶体用作波导可用于光信号的传输；将光子晶体用作滤波器可以实现对特定波长光的选择性传输；将光子晶体用作分束器可以实现对入射光的不同方向进行分布。
而光子晶体激光器也是其中的一个热点研究领域。
此类激光器是利用光子晶体的带隙结构和材料本身的非线性效应，使光的传输方式得到控制从而产生激光辐射。
随着光子晶体的制备技术和性能的不断提升，光子晶体激光器的发展前景将会更加广泛，并将在各个领域中得到更多的应用。
不同材料的光子晶体异质结构
Cu2O
Cu2++e → Cu+ Cu++e → Cu Cu++20H- → Cu20+H2O
(1) (2) (3)
单层反蛋白石晶体- Cu2O
不同放大倍数下Cu2O反蛋白石结构的扫描电镜照片，模 板的粒径大小为370nm
1.1 相关概念介绍
光子晶体是一种介电常数随空间周期性变化 的新型光学微结构材料。 异质结是指两种不同的半导体相接触所形成 的界面区域。
不同周期结构的光子晶体组成的异质结叫做 光子晶体异质结。
1.2 研究 背景
光子晶体完全依靠自身结构就可实现带阻滤 波，且结构比较简单，在微波电路、微波天线等 方面均具有广阔的应用前景。 所以从事光子晶体的研究具有重要的意义。
• 2.3单层反蛋白石晶体的制备及其特性分析-TiO2
单层反蛋白石晶体-ZnO
用电化学沉积法制备ZnO反蛋白石结构
ZnO反蛋白石结构的光学照片，使用模板为370nm
单层反蛋白石晶体-ZnO
不同放大倍数下ZnO反蛋白石结构的扫描电镜照片
单层反蛋白石晶体-ZnO
Zn.u.)
由上图可知，氧化亚铜反蛋白石的沉积结 果与时间有关，沉积时间越长，模板上沉积的 反蛋白石越厚。
单层反蛋白石晶体-TiO2
以有机钛盐为原料，在有机介质中 进行水解 、缩合反应，使溶液经过 溶胶―凝胶化过程，得到凝胶，凝 胶经加热(或冷冻)干燥、高温处理， 得到成品。
单层反蛋白石晶体-TiO2
TiO2反蛋白石结构的光学照片，使用模板大小分别为 325nm；415nm
1.3 研究 现状
光子晶体及其应用
光子晶体及其应用光子晶体是一种具有周期性结构的光学材料，由于其特殊的光学性质和结构，被广泛应用在光学器件、生物医学、光通讯等领域。
本文将介绍光子晶体的基本概念、结构特点及其在不同领域的应用。
一、光子晶体的基本概念光子晶体是一种具有周期性结构的材料，在这个材料中，电子波照到晶体上会被电子所反射。
同样的道理，光子晶体中的光波照到晶体中也会发生反射。
由于光子晶体中的周期性结构，其对光的反射和透射具有非常特殊的光学性质，可以用来控制光的传播和强度分布。
二、光子晶体的结构特点光子晶体的结构可以分为一维、二维和三维结构。
其中，三维结构的光子晶体最为复杂和多样化，其结构可以类比于晶体的结构，具有完美的晶体周期性。
二维光子晶体是由两层周期性平面构成的，一维光子晶体是由一个周期性结构构成的。
除了结构上的区别，光子晶体还具有以下特点：1、色散关系特殊。
光子晶体中的色散关系与普通媒质不同，有时会呈现出反常色散现象。
2、布拉格反射。
在光子晶体中，光波照射到晶体上会发生布拉格反射现象，即光受到反射的角度与入射角度相等，反射后的光波会受到相位差。
3、光波导。
在光子晶体中，由于其介质介电常数的周期性变化，可以形成光子带隙，从而达到光波导的目的。
三、光子晶体的应用1、光学器件。
光子晶体具有良好的光学性质，可以用来制造滤光器、反射镜、光纤等光学器件。
2、生物医学。
光子晶体可以用于生物医学，如制作一些新型传感器、生物分子的检测等。
3、光通讯。
光子晶体光纤可以提高光通讯的传输速度和质量，有效地消除光波导结构中存在的散射问题。
4、太阳能电池。
光子晶体可以制造太阳能电池，利用传统的硅基太阳能电池反射的光线转化为光子波导，达到吸收更多的光线能量的效果。
5、光学计算。
光子晶体可以用来制造光学计算器，这种计算器以光子晶体为介质，将光传递过程中的衍射、干涉等光学效应应用于计算。
光子晶体作为一种新型的光学材料，具有良好的光学性质和应用前景。
随着科技的不断发展，光子晶体在各个领域的应用前景也将越来越广泛。
光子晶体在光学领域的应用
光子晶体在光学领域的应用光子晶体是一种模拟晶体结构，由周期性中空介质和实物质构成的，被誉为“光子世界中的晶体”。
与普通晶体不同的是，光子晶体是用来控制光子行为的人造结构，具有非常重要的应用价值。
在光学领域中，光子晶体的应用十分广泛，尤其是在光电子器件、光通信、光学传感等方面，其独特的光学性质为这些应用提供了有力的支持。
一、光子晶体在光电子器件中的应用光子晶体的光学性质使得其能够用于光电子器件的设计和制造中。
例如，在光电子器件的波导中，通过改变晶体中板电容的形状和大小，可以设计出满足特定应用要求的波导。
此外，光子晶体还可用于设计和制造新型的微波器件。
例如，利用光子晶体在高频下对电磁波的选择性反射和透射性能，可以实现高Q值的微波滤波器。
二、光子晶体在光通信领域的应用在光通信领域中，光子晶体已被广泛应用于制造高Q值、低损耗的微纳光学滤波器、慢光器件和光子晶体光纤等。
利用光子晶体光纤的光学性质，可以控制光的传输速度和方向，为光纤通信和光存储提供了新的手段。
另外，利用光子晶体的波导结构，还可以实现微波光学调制器和光纤惯性陀螺仪等光电子器件。
三、光子晶体在光学传感领域的应用光子晶体的高灵敏度和可重复制的性质，使得其在光学传感领域中的应用越发广泛。
通过改变光子晶体孔径的大小和形状来调控光子晶体对目标物质的吸附和反应，可以实现高灵敏度、快速响应的化学、生物传感器、气体传感器等。
其中，一种光子晶体在生物传感器中的应用较为突出，即可利用层间空气中微生物的反射光谱研究其结构和活性。
例如，光子晶体常被用于观测生物分子的互作和检测药物分子的结构，以期实现生物实验和药物研发的自动化和高通量。
总之，光子晶体的应用在光学领域中有着着重要的地位。
尽管光子晶体的研究还处于起步阶段，但其潜在的应用价值和前景十分广阔，未来的研究和探索将会为光学领域的发展带来更多的新思想和新技术。
光子晶体光学性质的研究与应用
光子晶体光学性质的研究与应用光子晶体是指由周期性结构排列的等离子体或介质构成的光学纳米材料。
由于其具有特殊的物理性质，光子晶体被广泛应用于光子学领域。
其中，光子晶体的光学性质是研究的重要内容之一。
一、光子晶体的光学性质光子晶体是一种在长波极限下具有周期性结构的光学材料，其类似于晶体对于电子的控制能够控制光子在其中传播的性质。
它在光子学中的应用主要体现在其对于光的传播和调制上。
由于周期性结构的存在，光子晶体具有禁带结构。
这意味着，当光的波长与晶体结构的周期相匹配时，光子晶体中会有波长的范围无法传播 --- 这就好比晶体的禁带不能传导电子。
目前广泛应用的光子晶体主要是二维光子晶体和三维光子晶体，它们的禁带宽度取决于晶格单位元的大小和结构形态。
在光子晶体中，光的传播速度比真空中的速度要小。
这是由于光子晶体中周期性结构所带来的相互作用所致。
因此，当光在光子晶体中传播时，会发生全反射和折射。
二、光子晶体在光学器件中的应用光子晶体材料的独特的特性使得它在光学器件方面具有普遍的应用，并且发展了很多种运用。
在这里，我将介绍几个常见的光学器件应用。
1、光纤传输光子晶体纤维是一种包含了光子晶体孔洞结构的非线性光学纳米材料。
它具有光子晶体的禁带结构，能够对光信号进行控制和调制。
利用光子晶体纤维可以实现长距离光信号传输，而且比普通光纤有更小的波导损耗。
2、激光利用光子晶体的禁带结构可以实现激光放大，这样的激光还具有超材料的性质。
通过控制光子晶体的结构可以实现激光的频谱调制和振荡颜色选择，同时提高激光的发射效率。
还有一种光子晶体光纤激光器，这个新型激光器的光纤中的光子晶体孔洞结构可以发挥更加控制频率和乘法振荡的能力。
3、传感器光子晶体传感器可以检测一些物理量和化学物质。
例如，一种研究表明光子晶体传感器可以通过破坏光子晶体的周期性结构而改变它们的光学特性来检测生物分子的结构。
在石墨烯中嵌入光子晶体的方式是制造实际使用的光子晶体传感器的一种方法，因为石墨烯具有优越的光学特性。
光子晶体光学器件的研究及应用
光子晶体光学器件的研究及应用引言光子晶体是一种具有周期性介电函数的材料，其能带结构可以使特定频率的光子在其中被禁止传播或形成不同的色散曲线，这使得光子晶体在光学器件领域的研究引起了广泛的关注。
光子晶体光学器件具有较高的调制效率、高速、大带宽、低耗等优点，被广泛用于光学通信、光子计算、成像以及传感等方面。
一、光子晶体的基本原理光子晶体是由两种介电常数不同的材料交替排列形成的开环结构，其具有周期性的介电函数，可以类比电晶体的晶格结构。
对于某些频率的光子，在晶体的周期结构中会发生能带禁带，被禁止在其中传播，这被称为光子禁带。
光子禁带和晶体中电子禁带的形成机理类似，只不过光子在介质中的传播速度较慢，且具有波导效应。
二、光子晶体光学器件的研究光子晶体的特殊结构使得它在光学器件领域具有广泛的应用前景，如滤波器、光开关、波导器、传感器以及激光器等。
以下介绍几种常见的光子晶体光学器件及其研究进展。
1. 光子晶体滤波器光子晶体滤波器利用光子晶体禁带结构，实现对指定波段光的滤波。
它可以是入射光与禁带相同的中投滤波器，也可以是入射光与禁带不同的边缘滤波器。
目前，光子晶体滤波器在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用。
研究中主要涉及滤波性能的提高、温度、光强等对滤波器性能的影响，以及在光子集成芯片等方面的应用。
2. 光子晶体波导器光子晶体波导器是将光子禁带结构应用于波导中，通过让光只沿着一个维度传播，避免了信号的扩散和漏光现象。
通过控制波导中的禁带结构，可以实现波导中的光的传输、调制以及分复用等功能。
目前研究中主要涉及波导性能的优化，如损耗的减小以及波导的调制性能的提高。
3. 光子晶体光开关光子晶体光开关是利用外界场调控光子禁带结构，实现对光的开关控制。
它通过改变光子禁带结构，使光能够进入或者退出禁带，从而实现对光的开关控制。
目前研究中主要涉及开关速度的提高、功率损耗的降低，以及光开关在光通信和光计算等方面的应用。
三、光子晶体光学器件的应用光子晶体光学器件在光学通信、光子计算、成像以及传感等领域得到了广泛的应用。
光子晶体的特性与应用
光子晶体的特性与应用光子晶体，是一种由周期性介质构成的材料结构，其特点是具有禁带结构，可以有效控制光的传播和调制。
由于其特殊的光学特性，光子晶体在各个领域均有广泛的应用。
本文将探讨光子晶体的特性及其在光学、通信和传感等领域的应用。
光子晶体的特性主要体现在两个方面：光子禁带和周期性结构。
光子禁带，类似于电子禁带，在光子晶体中是指光的能量在特定频率范围内无法传播的区域。
这种禁带结构的产生是由于光子晶体的周期性结构导致光的散射和干涉效应。
光子晶体的周期性结构通常是由两种或多种折射率不同的介质交替排列而成。
通过调整周期和折射率的差异，可以有效地控制禁带的宽度和位置。
这种特性使得光子晶体可以用来实现光的波导、过滤、放大和调制等功能。
在光学领域，光子晶体被广泛应用于光波导和光隔离器等器件中。
光波导是一种能够将光能量沿着特定路径传输的结构，光子晶体波导则是利用光子禁带的特性来实现光的传输。
与传统的光纤相比，光子晶体波导具有更低的损耗和更小的尺寸。
此外，光子晶体波导还可以通过改变其结构来调节光的传播速度和色散特性，为光信号的调制和控制提供了极大的灵活性。
光子晶体的另一个重要应用是光隔离器，它可以使光只能单向传播，在通信和激光器件中起到了重要的作用。
通过结构参数的调节，光子晶体光隔离器可以实现高隔离度和宽工作带宽，为光通信系统的稳定性和可靠性提供了有力保障。
在光通信领域，光子晶体的应用不仅仅局限于波导和隔离器。
近年来，随着光子晶体材料的研究进展，光子晶体光学器件的功能和性能得到了大幅提升。
光子晶体薄膜、光子晶体光栅和光子晶体纳米球等新型结构的开发，为光通信系统的小型化和高效性提供了新的思路。
与此同时，光子晶体的非线性光学特性也被广泛研究。
光子晶体中的高场强和长光程可以增强光与介质的相互作用，使光子晶体在激光调制、非线性光谱和光限幅等方面具有潜在的应用潜力。
光子晶体在光传感和生物医学领域也有着广泛的应用。
光子晶体结构可以通过改变材料的折射率或周期来实现对光的散射和吸收的调控。
光子晶体技术在光电子器件中的应用研究
光子晶体技术在光电子器件中的应用研究光子晶体技术作为一种新兴的纳米材料和器件制备技术，近年来在光电子器件领域得到了广泛的关注和研究。
光子晶体是一种周期性的介质结构，具有禁带结构和光子能带导向特性，能够在特定波长范围内实现光的传输和控制。
在光电子器件中，光子晶体技术的应用可以大大提高器件的性能和功能，促进光电子技术的发展。
一、光子晶体技术在光通信中的应用光通信是一种高速、大容量、低能耗的通信方式，而光子晶体技术在光通信中的应用可以进一步提高通信系统的性能。
光子晶体光纤作为一种基于光子晶体材料的光纤，具有较低的传输损耗和较高的光纤带宽，可以实现高速、长距离的光通信传输。
此外，光子晶体技术还可以用于制备高效的光纤耦合器、光纤滤波器和光纤放大器等器件，提高光通信系统的性能和稳定性。
二、光子晶体技术在光传感器中的应用光传感器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于环境监测、生物医学、工业控制等领域。
光子晶体技术在光传感器中的应用可以提高传感器的灵敏度和选择性。
通过调控光子晶体的结构和参数，可以实现特定波长范围内的光子能带导向和光子禁带特性，从而实现对特定波长的光信号的高效捕获和传感。
此外，光子晶体技术还可以用于制备高灵敏度的光纤传感器、表面等离子体共振传感器等器件，提高光传感器的性能和应用范围。
三、光子晶体技术在光伏领域中的应用光伏技术是一种将太阳能直接转化为电能的技术，具有清洁、可再生的特点。
光子晶体技术在光伏领域中的应用可以提高光伏器件的光吸收和光电转换效率。
通过调控光子晶体的结构和参数，可以实现对特定波长范围内的光的高效吸收和传输，提高光伏器件的光电转换效率。
此外，光子晶体技术还可以用于制备高效的光伏电池、光伏反射镜等器件，提高光伏系统的整体性能和稳定性。
综上所述，光子晶体技术在光电子器件中的应用研究具有重要的意义和广阔的应用前景。
通过光子晶体技术的应用，可以提高光通信系统的性能和稳定性，提高光传感器的灵敏度和选择性，提高光伏器件的光吸收和光电转换效率。
光子晶体技术的进展与应用
光子晶体技术的进展与应用科技的发展永远都是一步步地向前推进，而光子晶体技术也是其中的一种重要的技术手段。
这种技术的广泛应用已经改变了人们的生活和工作方式，并在许多领域取得了突破性的进展。
本文将探讨光子晶体技术的进展和应用。
一、光子晶体技术的原理光子晶体是一个具有周期性折射率的结构，它能够限制和控制光的行为。
光子晶体在物理学和光学领域中已经得到广泛的应用。
这种具有周期性结构的材料可以产生光的布拉格散射，这种散射能够在光子带隙处强化；同时，光子晶体还可以产生多种光学现象，如干涉、透射、折射等等。
因此，光子晶体得到了人们的广泛关注和研究。
二、光子晶体技术的应用1. 光子晶体在光通信领域的应用光子晶体的优秀光学性能使得它在光通信领域中得到了广泛的应用。
在通信领域，光子晶体可以用作滤波器、耦合器、反射器等组件。
同时，光子晶体还可以用来提高光学器件的性能、降低光损耗和提高通信带宽等。
因此，光子晶体的应用将会在光通信领域产生革命性的变化。
2. 光子晶体在生物医学领域的应用光子晶体可调谐滤波器和传感器的特性使其在生物医学领域中得到了广泛的应用。
它可以用来测量细胞、组织和器官等的光学性质，以便更好地了解这些物质的特性。
此外，光子晶体还可以用作生物标记物的检测和分析。
这些应用对于生物医学研究和医学诊断有重要的意义。
3. 光子晶体在环境检测领域的应用光子晶体的多种光学性质使其在环境检测领域中成为了一个重要的工具。
光子晶体可以敏感地反应环境的化学、物理和生物变化，例如温度、湿度、PH值、体积等。
这些测量可以用来监测环境污染、气候变化和天然灾害等，以控制和保护我们的环境。
4. 光子晶体在能源领域的应用光子晶体在太阳能电池、LED等能源应用领域中有着广泛的应用。
通过调节光子晶体材料的结构，可以控制能源材料中光的散射和吸收，从而提高能源的转化效率和功能。
此外，光子晶体还可以用作高效的光电器件，包括太阳能器件和LED。
三、光子晶体技术的发展前景光子晶体技术的应用范围越来越广泛，未来光子晶体技术也将会在各个领域取得更大的进展。
光子晶体原理与应用
光子晶体原理与应用
光子晶体（photonic crystal）是一种结构精确的微纳米结构电磁材料，利用其介质固有的自由空间局域区域，对不同波长的光进行反射、阻隔、改变传播方式等特殊操作。
它具有体积小、材料制作成本低等特性，
极大程度上改善了传统光学结构的空间变形能力和可弯曲性，是一种极具
应用前景的新型光学材料。
光子晶体的基本原理是空间折射率（RRI）的离散值。
将正交双轴不
同折射率的介质，组成模块精确的微结构，通过精确的折射率分布、多层
堆叠及空间结构控制，可以对特定波长的光束实现准确的衍射和反射，从
而改变光的传播方向和波形，从而实现特定的光电功能。
它的优势是利用
其微结构优势实现可塑光学性能，能够极大地改善传统光学结构的空间变
形性，有效地把光固固定在一定的位置、实现光学隐形等多种功能。
光子晶体具有应用前景。
结合激光技术，能够实现快速控制及高精度
测量。
可用于实现多种新型电光特性，如智能光网络、高性能光识别技术、新型可调谐滤波器和激光结构器等功能。
它还能够应用于探测、传感和无
线通信等技术，以及激光标记、制造和位置定位等领域。
同时，光子晶体也可以用来实现新型可控光电功能。
光子晶体技术的原理与应用
光子晶体技术的原理与应用近些年来，光子晶体技术在光学、光电子学、信息科学等领域中得到广泛的研究和应用，特别是在光学器件、光电器件、光传输、光刻等方面展现出前所未有的优越性。
那么，什么是光子晶体技术呢？本文将从原理与应用两方面进行深入探讨。
一、光子晶体技术的原理光子晶体技术是一种具有周期性介电常数分布的立体结构，可以引导和控制光波的传输和调制。
这种结构通常是由原子或者分子的排列而成的，其周期性可以与光波波长同步。
晶体中的原子或分子按照一定的规律排列，使得介电常数的分布出现周期性的变化，形成了“布拉格反射”的效应。
因此，能够形成这样周期性介电常数分布的材料就叫做光子晶体。
光子晶体的折射率具有Bloch 波函数的本质，而Bloch 波函数是周期性的。
因此，光子晶体可以表现出一些传统材料所不具备的特性。
例如，光子晶体可以根据不同方向的周期性结构来选择和传输光，其光学性质可以被控制和调整，可以制备出结构与物性相匹配的多功能光学材料。
此外，光子晶体具有高品质因子，可以将光的半波长级别的能量完全聚焦在微型尺度中。
因此，光子晶体具有较高的应用价值。
二、光子晶体技术的应用1. 光子晶体光波导器件光子晶体光波导器件是一种利用光子晶体技术制备的微型光学器件，在光通信和光电子器件方面具有广泛应用。
该器件具有高品质因子，能够将光线引导入微型管道，从而可以将光能耗尽地传输，实现低损耗的信息传递。
此外，光子晶体光波导器件还可以用于制备高灵敏度、高准确度、小体积的物理传感器，例如微型压力传感器、光纤加速度计等。
2. 光子晶体微透镜微透镜是光电器件中的重要组成部分，可以把光分散或者聚焦在微小区域，从而提高光学设备的分辨率和功效。
利用光子晶体技术可以制备出光子晶体微透镜，这种微型透镜可以将光线聚焦在读写光盘上，或者用于生物医学等领域的光谱学分析，具有精度高、体积小的特点。
3. 光子晶体分光器光子晶体分光器是一种利用光子晶体技术实现光学分离的器件，可以将不同频率的光线分离出来，从而实现光的光谱学分析。
光电子材料中的光子晶体设计与应用
光电子材料中的光子晶体设计与应用光子晶体是一种特殊的材料结构，由于其具有特殊的光学性质，在光电子材料领域得到了广泛的应用。
本文将介绍光子晶体的设计原理、制备方法以及在光电子材料中的应用。
一、光子晶体的设计原理光子晶体是一种由介电常数或折射率分布具有周期性的材料结构，它在一定波长的光线下会表现出反射和衍射的现象。
光子晶体的最重要的一种光学性质是布拉格散射，即它能够选择性地反射某些波长的光线，而将其他波长的光线透过，使得晶体呈现出强烈的色彩。
光子晶体的设计原理主要基于布拉格散射现象，通过调节光子晶体的某些参数如晶格常数等，使得其在特定波长下呈现出强烈的反射或透过。
光子晶体的设计中，有两个最重要的参数，即光子晶体的晶格常数和介电常数。
晶格常数控制了光子晶体的周期性结构，而介电常数影响了光子晶体的光学性质。
晶格常数的大小决定了受到布拉格散射的波长范围，通常晶格常数越小，光子晶体的散射波长越长。
介电常数的调节可以改变光子晶体的折射率，从而改变光子晶体的布拉格散射。
二、制备光子晶体的方法制备光子晶体的方法主要有微影法、溶胶-凝胶法、自组装法和三维打印等。
其中，自组装法也被称为模板法，它是制备光子晶体最常用的方法之一。
模板法是利用模板多孔材料的空隙结构来制备光子晶体。
首先，制备大孔径的多孔硅、多孔聚合物等模板材料。
然后，在模板表面上沉积金属薄膜或介电材料，再通过化学氧化、烧结等方法去除模板材料，从而形成具有纳米孔洞结构的光子晶体。
模板法的优点是易于控制晶格常数和孔隙尺寸，缺点是去除模板材料时需要采用侵蚀性较强的化学物质或高温烧结，可能会破坏光子晶体的结构性能。
三、光子晶体在光电子材料中的应用光子晶体在光电子材料中的应用很广泛，其中最常见的就是光子晶体滤波器。
光子晶体滤波器是利用光子晶体的布拉格散射特性，选择性地透过或反射某些波长的光线，从而实现对光谱的调控。
光子晶体滤波器被广泛应用于激光器、光纤通讯等光电子设备中。
光子晶体的结构与应用
光子晶体的结构与应用光子晶体，又称为光子晶体材料，是一种具有周期性介电常数的固体材料，类似于晶体，但周期性结构的尺寸为光波长级别。
光子晶体因其特殊的光学性质而备受关注，其结构层次丰富，可实现多种不同尺度下的光子结构（包括光子禁带结构、超禁带结构等），且与其它材料相比，具有诸多独特优势。
本篇文章将在介绍光子晶体的结构基础上，深入探讨其在光学通讯、传感、污水处理等领域的应用前景。
一、光子晶体的结构光子晶体是通过不同的物理或化学方法，在各向异性介质中刻划出周期性结构，实现不同场区的光子化学反应实现的．如图1所示，光子晶体的周期结构可以分为一维、二维、三维等不同维数，不同维数的周期结构会造成不同的光透射效应。
一维光子晶体的周期结构为沿一个方向的周期性重复，其禁带宽度较窄，但成本低、制备较快；二维光子晶体的周期结构为平面上的周期性重复，禁带宽度较大；三维光子晶体的周期结构空间排列有序，禁带宽度更大，应用范围更广。
图1. 不同维度的光子晶体周期结构示意图光子晶体的周期结构与电子晶体类似，但两者的禁带原理不太相同。
电子晶体由于自由电子在晶体中的运动过滤，给予电子带结构以禁带，电子难以进入禁带，因此表现出在某些波长下，电子难以通过这种晶体的调控传输；而光子晶体由于介电常数的变化，形成了电磁场在其中的反射与折射，对于某些频率的光线，有反射或透射的效应，形成了禁带（fig.2和fig.3）。
对于这些频率的光，它们的波动受到这个周期结构的影响会发生衍射、反射、折射等，而被过滤掉的光则被视为禁带宽度。
因此，光子晶体结构可以控制光的传输，从而实现许多有用的光学功能，这些功能在吸收、发光、散射、场激发等方面体现出来。
图2. 光子晶体禁带图示图3. 光子晶体禁带与波长的关系示意图二、光子晶体的应用1. 光学通讯领域光子晶体中的禁带结构可以阻止特定频段的光线通过，因此可以实现高效的光信号传输和过滤。
这一特性在光学通讯和电子技术中有广泛应用。
物理学中的光子晶体与其应用
物理学中的光子晶体与其应用光子晶体是一种新兴的物理材料，基于光子晶体的光学器件、传感器等应用正在得到广泛的关注和研究。
光子晶体的研究不仅在理论上深入挖掘其优异的光学性质，同时也在应用上拓展了其广泛的应用前景。
本文将深入探讨光子晶体的物理基础、制备方法及其应用领域。
一、光子晶体的物理基础光子晶体是一种具有周期性折射率的光学材料。
其制备原理与晶体学中的晶体结构有些相似，但是其周期性结构是基于电磁辐射的波动性质而形成的。
从物理的角度看，光子晶体中的周期性结构具有一些特殊的性质，可以使光子在其内部产生不同的衍射、干涉等光学现象，进而产生无数的光学效应。
在不同的应用领域中，这些效应可以实现各种不同的光学功能。
因此，光子晶体被广泛应用于传感、电磁波滤波、光子集成、新型激光器等领域。
二、光子晶体的制备方法目前，光子晶体的制备方法主要有两种：自组装法和光子晶体结构的向模板转移。
其中，自组装法是将具有亲水性和亲油性的材料按照一定的规律自组装成光子晶体的结构，该方法制备成本较低，但是其制备的光子晶体周期性结构的完整性和品质较难保证；而向模板转移就是将光子晶体准确地制备在含有特定形状或尺寸孔的硅模板中，它可以制备出较为完美的光子晶体结构，但是其制备成本较高。
另外，近年来还有一些新的制备方法不断涌现，如膜堆积法、简单复制法和自然现象中的光子晶体等，在某些特定应用中有其优势。
三、光子晶体在传感领域中的应用在传感领域中，光子晶体可以根据不同的应用场景设计制作不同类型的传感器。
以光子晶体传感器为例，其工作原理通过内部光波的传播，当光子到达空气、液体或固体等介质时产生衍射，进而改变光子晶体的光子带隙结构。
在特定的波长范围内，这一变化会产生明显的光学信号，进而可以对介质物质的某些属性（如浓度、折射率、温度等）进行检测和监测。
光子晶体传感技术具有灵敏度高、适应性强、抗干扰性能好等特点。
目前，光子晶体传感器已广泛应用于环境监测、生物医学检测、制药、食品安全等领域。
光子晶体材料的光学性能与应用
光子晶体材料的光学性能与应用一、光子晶体材料的基本概念与结构特性光子晶体材料是一种具有周期性结构的纳米材料，其作为一种介电或者半导体的散射体，可以表现出对特定波长光的衍射效应。
光子晶体材料的结构特点主要体现在其周期性排列的孔隙结构中，这种结构在电子周期性晶格结构的基础上发展起来。
光子晶体材料可以通过不同的方法制备，包括模板法、溶胶-凝胶法、颗粒堆积法等。
光子晶体材料的结构特性主要包括带隙、全反射、光波导等。
带隙是光子晶体材料最为重要的性质之一，它是光子晶体材料具有光学功能的基础。
带隙指的是在光子晶体材料中，存在禁带区域，这个区域中不会有特定波长的光传播。
而在带隙之外，光的传播就是可能的。
通过选择不同的材料、孔隙大小和周期性结构，可以实现对光波长的调控和调制，从而获得想要的光学性能。
二、光子晶体材料的光学性能光子晶体材料的光学性能可以通过调控其带隙特性来实现。
带隙的大小和位置可以通过调整晶格常数、孔隙大小和孔隙分布来改变。
通过改变光子晶体材料的这些参数，可以获得不同的光学性能。
光子晶体材料可以实现光子波导和光子点阵的功能。
光子波导是指通过适当设计的光子晶体结构，使得特定波长的光在其中可以传播，并在其末端输出。
光子波导可以应用于光纤通信、光子逻辑与计算等领域，具有很大的应用潜力。
光子点阵是一种控制光波传播的光子晶体结构。
通过调控光子晶体点阵的结构，可以实现对光波传播的调制和控制，从而实现光学信号处理等功能。
光子点阵还可以应用于制备光子晶体激光器、光调制器等光学器件，对于光学通信和信息处理技术的发展有重要意义。
三、光子晶体材料的应用领域光子晶体材料由于其特殊的光学性质，在各个领域都有着重要的应用。
以下将重点介绍其在光通信、光传感和光储存等领域的应用。
1. 光通信光子晶体材料可以作为光波导和光调制器的材料，应用于光通信领域。
光波导可以实现高速、低损耗的传输特性，用于替代传统的铜线传输。
光调制器可以实现光信号的调制和调控，为光通信系统提供更大的灵活性和容量。
光子晶体原理及应用
光子晶体原理及应用光子晶体是一种具有周期性分布的介质结构，其周期与光的波长相当，并且通过光子晶体的介质结构可以控制光的传播和与物质的相互作用。
光子晶体的原理是通过改变晶体的周期性结构来改变入射光波的传播特性，从而实现对光的控制。
光子晶体的制备方法有很多种，常见的包括自组装法、光阻法、多光束干涉法等。
其中最常用的方法就是利用自组装原理，通过改变介质的化学成分和控制成核条件，使得光子晶体在一些特定的波长范围内具有周期性结构。
光子晶体的应用十分广泛，下面就几个典型的应用领域进行介绍。
1.光子晶体光纤光子晶体光纤是通过将光子晶体材料制备成光纤的结构，并利用光子晶体的禁带特性来实现对光波的传播控制。
与传统光纤相比，光子晶体光纤具有更小的损耗和更宽的通信带宽，可以大大提高信息传输的能力。
光子晶体光纤已经广泛应用于通信、传感和激光器等领域。
2.光子晶体传感器光子晶体的禁带结构对入射光波的敏感性很高，可以通过改变光子晶体结构或调节入射光波的频率来实现对光波的敏感探测。
光子晶体传感器可以用于气体、液体、化学品等环境的探测。
例如，在环境监测中，可以利用光子晶体传感器来监测大气中的有害气体浓度，实现对环境的实时监测。
3.光子晶体光子集成电路光子晶体材料可以通过微细加工技术制备成光子集成电路的结构，将不同功能的光子晶体结构集成在一个芯片上，实现对光波的控制和处理。
光子晶体光子集成电路具有体积小、功耗低和传输速率高等优点，可以应用于光通信、光计算和光存储等领域。
4.光子晶体激光器光子晶体结构可以用来实现激光器的工作原理，通过调节光子晶体的结构参数和控制激发条件，可以实现对激光的频率、相干性和发射方向的控制。
光子晶体激光器具有窄线宽、高亮度和高稳定性等特点，可以应用于激光雷达、光学通信和光学显微镜等领域。
综上所述，光子晶体作为一种新型的功能材料，在光学领域有广泛的应用前景。
通过对光子晶体的制备和调控，可以实现对光的控制和处理，使得光子晶体具有非常丰富的应用潜力。
异质结在光电子器件中的应用
异质结在光电子器件中的应用在实际的光电子器件中，往往包含一个或多个异质结。
这是因为异质结是由具有不同的电学性质和光学性质的半导体组成的，还可以通过适当的晶体生长技术控制异质结势垒的性状，因此异质结在扩大光电子器件的使用范围，提高光电子器件性能，控制某些特殊用途的器件等方面起到了突出的作用。
在光纤通信、光信息处理等方面的具体应用如下：1异质结光电二极管光电二极管是利用光生伏打效应工作的器件，工作时要加上反向偏压，光照使结的空间电荷区和扩散区内产生大量的非平和载流子，这些非平衡载流子被内建电场和反向偏压电场漂移，就会形成很大的光电流。
其工作特性曲线如下图所示：图2.1 光电二极管的工作特性曲线光电二极管往往作为光电探测器使用，此时希望它有宽的光谱响应范围和高的光电转化率。
在包含有异质结的光电二极管中，宽带隙半导体成为窄带隙半导体的入射窗口，利用此窗口效应，可以使光电二极管的光谱响应范围加宽。
图2.2（a）画的是由宽带隙E g1和窄带隙E g2两种半导体组成的异质结，在入射光子能量满足E g1>hv> E g2的条件下，入射光就能透过半导体1而被半导体2吸收。
显然，透过谱与吸收谱的曲线重叠部分是该光电探测器的工作波段范围。
图2.2（b）是同质结光电探测器响应的情况，显然同质结的工作波段范围是很窄的。
光子能量/ev12E =E 入射光光子能量/ev12E >E 入射光（a ）（b ）图2.2 异质结光带二极管和同质结光电二极管的光谱特性2异质结光电晶体管图2.3分别是InP/InGaAs 异质结光电晶体管的典型结构图和能带图。
发射区由宽禁带的n 型InP 材料做成，基区和收集区由窄禁带的InGaAs 材料做成。
光电晶体管工作时一般采用基区浮置的方式，以减少引线分布电容。
在集电极和发射极之间加电压，使发射极对基区正向偏置，而集电极对基区反向偏置。
入射光子流照在宽带发射区上，当光的波长合适时发射区基本是透明的，光在窄带区中靠近宽带一侧被吸收而产生电子-空穴对。
光子晶体的理论和应用
光子晶体的理论和应用光子晶体是一种具有特殊光学性质的材料，由周期性的介电常数分布组成。
光子晶体中，光的传播受到晶格周期的限制，并在特定波长范围内出现光子带隙现象，这使得光子晶体可应用于光在微纳尺度下的控制及制备等领域。
本文将从理论到应用，介绍光子晶体的相关知识。
1. 光子晶体的理论1.1 光子晶体的基本概念光子晶体是一种拥有周期性介电常数的材料，其周期在光学波长尺度上，从而影响光在其中的传播。
晶格中介电常数的周期性分布使得光的传播在一些波长范围内会受到限制，出现光子带隙。
光电子带隙类似于半导体中晶格对电子的束缚，可以使某一波长范围内的光被阻挡，而另一波长范围内的光可以自由传播。
1.2 光子晶体的制备现代物理学和化学技术提供了多种方法来制备光子晶体。
多数研究方法基于对不同材料特性的控制，以调制介电常数分布和晶格周期，从而实现光子带隙的调控。
传统的制备方式是通过化学合成或自组装技术，构建三维稳定结构，例如球型胶体、聚合物、液晶等。
相较于传统材料，它们的量子大小相当于光波长，所以可以跨越宏观和纳米尺度制备高度有序组装体；通过结构表征和光谱特征分析，可以准确制备光子晶体结构，并产生明显的光子带隙。
另一种制备方法是在硅基材料中构建光子晶体结构。
芯片上的光子晶体主要基于半导体工艺和表面微加工技术，如电子束曝光、离子束刻蚀等。
这种方式相对传统制备方式更加精确，但相应的成本也更高。
2. 光子晶体的应用由于特殊的光学性质，光子晶体在光学器件的制备、微流控和生物传感等领域拥有广泛的应用。
2.1 光子晶体光纤光子晶体光纤在实际应用中的应用领域正在不断扩展，其中一个重要的应用是高增益光放大器。
光子晶体光纤可以为光的传播提供较大的带隙，从而增强光的共振效应，提高光传输速率和端口数量。
与传统单模光纤相比，光子晶体光纤具有更宽的无损传输带宽和更低的传播损耗。
此外，光子晶体光纤还可以用于多模干涉、激光振荡、模式锁定、布拉格光栅制造等方面，具有极强的应用潜力。
光子晶体的应用及原理
光子晶体的应用及原理1. 光子晶体的概述光子晶体，又称光子晶格，是一种具有周期性介质结构的材料。
其结构可以通过控制折射率或介电常数的分布来实现光子的禁带和光子能级的形成。
光子晶体可以有效地控制光的传播和衍射，因此在光学领域有着广泛的应用。
2. 光子晶体的原理光子晶体的原理基于布拉格衍射理论和克劳修斯-莫塞利拓扑定理。
布拉格衍射理论指出，当入射光与周期性结构的晶格参数相符合时，将会出现衍射现象。
而克劳修斯-莫塞利拓扑定理则描述了光子禁带的形成和光子晶体的特殊光学性质。
通过调控晶格参数和物质的折射率，光子晶体能够产生光子禁带并实现光的定向传输、波导效应等特性。
3. 光子晶体的应用3.1 光子晶体的传感应用光子晶体具有对特定波长的光进行选择性反射或传输的特性，因此可以用于光传感器的制备。
光子晶体传感器能够实现对特定物质的浓度、温度、压力等参数的测量，具有高灵敏度、快速响应和稳定性的优点。
3.2 光子晶体的光学器件应用光子晶体的周期性结构使其具备光学功能，常被用于制备光学滤波器、光学波导、光学反射镜等器件。
光子晶体的光学器件具有高透过率、低损耗和调制性能好的特点，被广泛应用于光通信、激光器、显示器件等领域。
3.3 光子晶体的光学传感应用光子晶体可通过微小结构的调节来实现对自然界中的光学信号的响应。
通过改变晶格参数或替换晶体中的物质，可以实现对光学信号的调控和检测。
光子晶体的光学传感应用在生物医学、环境监测、光子计算等领域具有潜在的应用前景。
3.4 光子晶体的光子学研究光子晶体的结构和光学性质具有很大的可调性，因此被广泛应用于光子学研究中。
通过改变晶体中的物质、形状和晶格参数等因素，可以实现光子禁带的调控、光子缺陷模式的控制以及非线性光学效应的调制等。
光子晶体为理解和探索光子学的基础原理提供了重要的实验平台。
4. 光子晶体的发展趋势随着制备技术的不断发展，光子晶体的结构和性质得到了进一步的优化和调控。
未来，光子晶体有望在光通信、传感器、光电器件等领域发挥更加重要的作用。
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光子晶体异质结的位相和应用3伍楷舜 龙兴腾 董建文 陈弟虎 汪河洲(中山大学光电材料与技术国家重点实验室,广州 510275)(2007年10月1日收到;2008年5月13日收到修改稿) 研究了由不同周期结构的光子晶体组成的异质结和含耦合杂质的光子晶体异质结的位相.发现光子晶体异质结使光子晶体杂质模的反射率接近1,但反射相移不随反射率的改变而改变,反射相移只由前边的子光子晶体的禁带、通带或耦合杂质模中的子峰决定.即异质结的前边的子光子晶体的耦合杂质模中的每一子峰、每一通带或禁带对应的反射相移为2π.对多杂质耦合的结构,反射相移很灵敏,可用于制作高灵敏光子器件.以全光位相与非门为例描述全光位相逻辑门的方案和可行性.另外,这些特性对研究位相有关的新物理过程和现象有意义.关键词:光子晶体,位相,异质结,耦合杂质PACC :4270Q ,7820P3国家自然科学基金(批准号:10674183),国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号:2004C B719804)资助的课题. 通讯联系人.E 2mail :stswhz @11引言光子晶体是介质或金属材料构成的人工周期结构[1,2].其结构的制作、带隙和杂质的物理性质及其光子器件等研究一直引起广泛的关注[3—15].但对其位相特性和器件的研究还极少[16].光的位相特性是光的典型特性之一,光物理现象都与位相特性相关.例如:超光速现象和光子晶体的慢光效应等[17—19].所以,从基础物理角度看,位相与振幅和频率一样重要是公认的.然而,基于位相特性的应用和器件目前尚不多见.在目前的光技术的重要应用(如光通信)中,信号处理是通过电子系统完成,而电子系统中只有振幅信号存在,所以,现有的光子器件中只有振幅信号被使用.人们预言,全光系统将来一定会实现,到时将只考虑究竟是位相器件还是振幅器件的灵敏度高,及哪一者有更多优势,所以研究光子晶体位相有潜在的意义.对于光子带隙而言,异质结常用于扩展光子带隙.对于位相,异质结将出现什么新相象和新物理规律,很多是未知的.本文研究了不同周期结构光子晶体组成的异质结和含耦合杂质的光子晶体组成的异质结的位相,发现了许多新物理现象和新物理规律.21两种周期结构光子晶体组成的异质结的位相物理特性 本文运用传输矩阵方法[20]计算研究了光子晶体异质结结构中的带隙和位相特性.异质结的结构为(L 2H 2)18(L 1H 1)8,其中,n H 1=n H 2=214,n L 1=n L 2=1145,n H 1d H 1=n L 1d L 1=0125a =λΠ4,n H 2d H 2=3λΠ4,n L 2d L 2=λ.计算结果如图1所示.从图可看出,带隙反射率基本是两子光子晶体的带隙反射率之和.但光子晶体异质结的位相与带隙反射率完全不一样.它完全由处于前边的子光子晶体决定.对非异质结的光子晶体带隙,整个带隙位相共变化2π.从带隙结构上看,光子晶体异质结的带隙与单一光子晶体的带隙除增宽外没任何不同.但实际上完全不一样,因光的性质由强度和位相等多参数表征.在处于前边的子光子晶体的通带中,其相移对应每一小峰为2π,整个禁带的相移近40π,见图1(d ).这种反射光的反射率不变(高反射),但位相随频率连续地近乎线性地和大斜率地变化对位相相关的新物理规律和现象研究将有重要意义,并对位相相关的应用有潜在的意义,特别是近乎线性变化的性质将在实际的光子器件的开发应用中很有意义.第57卷第10期2008年10月100023290Π2008Π57(10)Π6381205物 理 学 报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol.57,N o.10,October ,2008ν2008Chin.Phys.S oc.图1 (a )周期结构的子光子晶体(H 1L 1)8的反射谱带;(b )周期结构的子光子晶体(H 2L 2)18的反射谱带;(c )异质结(H 2L 2)18(H 1L 1)8的反射谱带;(d )异质结(H 2L 2)18(H 1L 1)8的相位(图中R 是反射率,ω是光的相对频率)31含耦合杂质模的光子晶体异质结的位相物理特性 振幅信号的光子晶体器件中常有含杂质的光子晶体,因为很锐的杂质模使得其杂质模的调控很灵敏和方便.另外,在实际应用中,人们常用耦合杂质形成矩形杂质模以保障应用的效果.上述提及的振幅信号的器件基本机理、结构和应用等已为人们所熟悉.但耦合杂质的光子晶体位相很少有器件应用报道,其原因是过去限制光子晶体杂质模的位相应用有两大问题:1)反射光强在杂质模的峰值波长很小,离开峰值波长就剧烈变大,这种剧烈变化的光强使其位相难于应用.2)其位相的变化受衬底等的影响.这些妨碍光子晶体杂质模的位相应用的问题都能通过异质结获得解决[21].下边,我们以5和10个耦合杂质的光子晶体异质结为例(见图2)进行分析. 图2是运用传输矩阵方法计算所得的含5和10个耦合杂质层的光子晶体异质结的带隙、杂质模和位相特性.结果分析如下:非异质结的含多个耦合杂质的光子晶体的杂质模是一个矩形的高透射率的透射峰,矩形透射峰中有多个很浅的波纹状的子峰.但构成异质结后就完全变了,整个矩形透射峰几乎消失,原每个很浅的波纹状的子峰变成明显的子峰.如图2(a )和(c )所示,总体上说这些杂质模的高透射已消失,即峰值的透过率都小于1%.位相性质则完全相反,不管杂质模的透过率是小还是大,反射光的位相固定不变,即对应每一子峰,相移等于2π,如图2(b )和(d )所示.也就是对整个杂质模,5耦合杂质相移等于10π,10耦合杂质相移等于20π.杂质模频率范围是很小的,如此小的频率范围有如此大的相移,且相移中部是线性的.这对位相有关的新物理规律和现象的研究将2836物 理 学 报57卷图2 (a)和(b)为由周期结构的光子晶体和含五个耦合杂质层的光子晶体组成的异质结(H L)3D (LH)3L(H L)3D(LH)3L(H L)3D(LH)3L(H L)3D(LH)3L(H L)3D(LH)3(LH)4的反射谱带和位相;(c)和(d)为含十个耦合杂质层的光子晶体异质结的反射谱带和位相;(e)为含十个耦合杂质层的光子晶体异质结的位相(虚线和实线分别代表杂质层的折射率改变011%前后的相移.n H=313, n L=1145,n D=316,D=λ0Π2,H=L=n H d H=n L d L=λ0Π4)有很重要的意义,并对位相有关的应用明显有潜在的价值,也有利于光器件的设计、制作的控制.41含耦合杂质模的光子晶体异质结的光学位相器件 现有的光通信的调制器是振幅调制器,目前的光通信的信号处理是通过电子系统的振幅信号完成,所以光调制器也是振幅调制器.人们已熟悉光通信的调制方式不但有调幅方法,还有调相方法.只因现在还是电子信号处理时代调相方法没被广泛采用.将来全光系统中位相器件是有潜力的.如果利用图3的最边沿的子峰制作位相调制器,不管是电控还是全光控,都是非常灵敏的.由于子峰的反射率都高于99%,激光能量损耗是极小的.通常以含杂质光子晶体的光透射的振幅为基础的器件,是靠控制杂质层的折射率使杂质模移动.就图2(a)的结构来说,5个耦合杂质模总频带宽度与单个杂质模频带宽度差不多,要使这一结构的杂质模频带移动等于杂质模频带宽度,我们的计算表383610期伍楷舜等:光子晶体异质结的位相和应用明杂质层介质的折射率要改变大于013%.从图2 (b)和(d)边沿的两子峰看出,杂质层介质的折射率只要改变小于0101%已能使位相改变近2π.因位相改变π就满足位相光子器件的运行.这就是说在耦合杂质结构的光子晶体中,位相光子器件比振幅光子器件的灵敏度高两个数量级.如果杂质层是电致折射率改变的敏感材料,例如:P LZT等,当一个电场作用在光子晶体上的时候,杂质态的频率和位相曲线将随着电场强度变化.这种灵敏的位相变化可以用于设计由电场控制的光学位相器件.如果杂质层是光致折射率改变的敏感材料,例如:G aAs等,当一束控制激光入射时,杂质态和位相将灵敏地变化.这种光控位相变化将可以用于设计全光位相光学器件.基于上述结果,我们已展示了位相调节器和位相全光开关的工作原理[21].下面讨论位相光逻辑门的可能性.有很多种光逻辑门,本文只用到位相的高灵敏度,文中例子最终还是变回到振幅信号,这样可从与振幅信号的一一相对应中逐步接受位相光逻辑门的概念.逻辑门有两输入信号光束B1和B2,它们是前一级的输出的信号,光束强度是“1”态时为I= I0,“0”态时为I=0.第三束是强度为I0的稳态激光,它被等分成B3和B4(目的是B3和B4分别为Michels on干涉仪的两臂,此光子晶体为一臂的反射镜,B3和B4干涉后把位相信号转换回振幅信号,目的是理解位相光逻辑门的概念,如果是全位相光路就无需B4),B3入射到光子晶体,它的反射光为出射信号光束Bops.设图2在所用频率附近的子峰间隔为Δω.本文设计Δω等于I0强度的激光束入射时的子峰频移量.我们设入射激光频率为1+015Δω(即使很弱不产生相移时,入射激光频率的位相在图2中对应π或-π);当只有B3(I0Π2)入射,B1和B2处于“0”态(I=0),Bops的相移为π,π的相移使激光频率的位相为图2中对应0或2π位相.这里π的偶数表示“1”态,奇数表示“0”态,对应振幅信号逻辑门为在Michels on干涉仪的两臂中,极弱条件下B3和B4干涉增强,B4无相移,当B3相移为π的奇数倍,Michels on干涉结果相消,表示“0”态;当B3相移为π的偶数倍,Michels on干涉结果相增,表示“1”态.当B1和B2其中一者为“1”会B3相移为再加2π,当B1和B2两者都为“1”态,则B3相移加4π,最后都是态“1”,这是与非门(NAND).通过设计Δω和激光对应的频率就可实现各种光逻辑门(包括:AND,NAND,OR,X OR,NX OR和NOT),而且只用一稳态激光(B3)就能开动,正如电子逻辑门用一稳态电压能开动一样.另外,位相光逻辑门是低能耗的.上述内容可扩展到二或三维光子晶体.以上位相器件在光集成的光处理中将有潜在用途.51结 论光子晶体异质结可使杂质模的反射率接近1.两种周期结构光子晶体组成的异质结的位相由前边的子光子晶体的位相起主导作用.周期结构子光子晶体和含耦合杂质模的子光子晶体组成的异质结,其反射光的位相不管反射率多大多小都是对应杂质模的每一子峰对应的相移为2π.此反射相移可用于制作各类高灵敏光子器件(如光逻辑门)及研究位相有关的新物理过程和现象.[1]Y ablonovitch E1987Phys.Rev.Lett.582059[2]John S1987Phys.Rev.Lett.582486[3]N oda S,Y okoyama M,Imada M,Chutinan A,M ochizuki M2001Science2931123[4]W ang Z,Fan S H2005Opt.Lett.301989[5]He YJ,Su H M,T ang F 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the defect m ode ,approaches 1;while the phase 2shift depends on the sub 2photonic crystal (PC )that faces the incident direction.F or every sub 2peak in the defectm ode or every pass band of the sub 2PC facing the incident direction ,the phase shift is 2π.These properties are useful for designing optical phase devices several orders m ore sensitive than those using am plitude 2signal.In this paper ,a sensitive optical phase logic gate (NAND )is described as an exam ple of optical phase devices.M oreover ,these properties are also useful for the study of related physical phenomena.K eyw ords :photonic crystal ,phase ,heterostructure ,coupled defect PACC :4270Q ,7820P3Project supported by the National Natural Science F oundation of China (G rant N o.10674183),the National Basic Research Program of China (G rant N o.2004C B719804).C orresponding author.E 2mail :stswhz @583610期伍楷舜等:光子晶体异质结的位相和应用。