棱镜全息干涉法制作光子晶体的研究
棱镜耦合光子晶体表面波及其传感特性研究
第 ３ 卷 第 ４期 ８
２ １年 ４ 月 ０１
光 电工程
Ｏｐ ｏ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｔ — ｅ ｔｏ ｉ ｇ ｎｅ ｒｎ
Ｖ １ ８ Ｎｏ４ Ｏ ． ． ． ３
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文 童编 号 ： １０ — ０ ２ １）４ ０ ７ — ５ ３ ５ １ ０ ０ — ０ ７ ０ ０ ｘ（ １
ｓ ｒ ａ ｅｗ ａ ｅ ｗ ｉｌｃ ｎ ｕ ｆ ｃ ｖ ｌ ｈａ ｇｅ ｗｈｅ ｈｅ ｒ ｆａ ｔｖｅ ｉ ｅ ｎ ｈｉｋｎ ｓ ｅ ｉ ｍ ｈａ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｉ ｎｄ ｘ ａ ｄ ｔ ｃ ｅ ｓｏｆｍ ｄ ｕ ｃ ｎｇｅ ．Ｂｅ ｉｅｓ ｈｉ ｕｒａ ｅｗ ａ ｓｖｅ ｓｄ ，ｔ ｓｓ ｆ ｃ ｖｅ ｉ ｒ ｙ ｓ ｎｓｔｖ ｏｔ ｒ ｐｅ ｔ ｔ ｏｓ ａ ｒ Ｔｈｅ ｅｐｒ ｅ ｔｅ ｒ ｅｕｌｆ ｒｄ ｓｇｎ ｎ ｇ ａ ｃ ａ ｙ ｓ ｎｓ ． ｅ ｉｉ ｅｔ ｈｅｐ ｏ ｒｙ ｏｆｔ ｏｕ ｍ ｔｌｙｅ ． ｈｅ ｓ ｏｐ ｒｉｓａ ｅｕｓ ｆ ｏ ｅ ｉ ｉ ｇ ｈｉｈ ｃ ｕｒ ｃ ｅ ｏｒ Ｋｅ ｏ ｄｓ： ｓ ｒａ ｅｗ ａ ｅ； ｒ ｎ ｍ ｉｓｏｎｍ ａ ｒｘ；ｐ ｔ ｎｉ ｒ ｓａｌ ｅ ｏ ｙｗ ｒ ｕ ｆ ｃ ｖ ｔａ ｓ ｓ ｉ ｔｉ ｈｏ ｏ ｃｃ ｔ ；ｓ ｎｓ ｒ ｙ
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光子晶体材料的制备与光学性质研究
光子晶体材料的制备与光学性质研究光子晶体材料（Photonic Crystal Materials），又称光子晶体结构（Photonic Crystals），是指具有周期性电介质常数变化的材料结构。
其特殊的光学性质使其在光子学领域具有广泛的应用前景。
本文将重点探讨光子晶体材料的制备方法以及其在光学性质研究中的应用。
一、光子晶体材料的制备方法1. 平面型光子晶体材料制备方法平面型光子晶体材料是最常见的一种光子晶体结构。
其制备方法主要有以下几种：（1）布拉格光栅法（Bragg Grating Method）布拉格光栅法是一种利用周期性结构的干涉效应来制备光子晶体材料的方法。
通过在光学材料中引入周期性的干涉栅，可以实现对特定波长的光的反射或透射。
这种方法可以通过光刻技术和干涉光束的叠加实现。
（2）自组装法（Self-assembly Method）自组装法是一种利用物理或化学方法控制微粒聚集形成光子晶体材料的方法。
通过调节微粒的形状、大小以及浓度，可以实现光子晶体材料的组装。
常见的自组装方法包括溶液浸渍法、溶胶-凝胶法等。
（3）纳米球模板法（Nanosphere Template Method）纳米球模板法利用纳米球阵列作为模板，通过在模板上沉积材料并进行后续处理，最终形成光子晶体材料。
该方法制备的光子晶体材料具有较高的周期性和结晶度。
2. 堆积型光子晶体材料制备方法堆积型光子晶体材料是一种将多个周期性结构堆积而成的材料。
其制备方法可以通过多次复制、层层堆积等手段实现。
（1）多次复制法（Multiple Replication Method）多次复制法是一种通过多次复制周期性结构来制备光子晶体材料的方法。
通过先制备一个周期性结构，然后通过化学或物理方法进行复制，最终得到多个周期性结构。
（2）层层堆积法（Layer-by-Layer Assembly Method）层层堆积法是一种将多个周期性结构逐层堆积而成的方法。
光子晶体构筑的研究及其在光学中的应用
光子晶体构筑的研究及其在光学中的应用随着科技的不断发展，光学领域的相关技术也越来越引人注目。
光子晶体是一种新型的光学材料，由于其具有高度周期性的结构，使得它在光学上具有一些特殊的性质。
在本文中，我们将探讨光子晶体的构筑和应用。
一、光子晶体的构筑方法光子晶体的构筑方法非常多样化，但最常见的方法是采用纳米制造技术。
首先，制造者需要根据所需的结构设计纳米级的模板，然后通过化学反应或电子束造型等技术在材料表面制造出高度周期性的结构，最终得到光子晶体。
在构筑光子晶体时，制造者还需要考虑晶体材料的选择。
常见的晶体材料有硅和二氧化硅，而一些高性能的光子晶体，则采用了聚合物。
二、光子晶体在光学中的特殊性质光子晶体的独特性质主要来源于其周期性结构中的光子禁带。
在光子禁带范围内，光子无法传播，从而使得光子晶体具有类似于半导体的特性。
除光子禁带外，光子晶体还具有正常材料所不具备的衍射效应。
在光子晶体中，光子会因为晶格常数和光波长在同一数量级而发生衍射，产生类似于晶体衍射的效应。
这一特殊性质使得光子晶体在制造光栅线条等方面具有优势。
三、光子晶体在光学领域的应用光子晶体在光学领域中有着广泛的应用，下面我们将介绍其中的几个方面：1、光学器件光子晶体在制造光栅线条、布拉格反射镜等光学器件中具有广泛的应用。
光栅线条是一种微型衍射光栅，能够实现超高分辨率。
而布拉格反射镜则是一种具有高反射率的镜面，由于板孔尺寸非常小，可以实现超长波长作用。
2、光子晶体慢光慢光是一种随着技术的不断发展，越来越受到关注的现象。
其实，慢光是光子晶体的一种特殊性质，能够将光信号延时和增强。
目前已有一些慢光器件已经投入市场，例如在稳定光学时钟、全光通信等重要应用中发挥着重要作用。
3、光子晶体光传感器光子晶体光传感器是一种基于光子晶体的新型传感器。
其原理是利用光子晶体的光子禁带效应来对物质进行检测和分析。
光子晶体光传感器结构简单，敏感度高，不需膜层，使用寿命长等优点。
棱镜全息干涉法制作光子晶体的研究
棱镜全息干涉法制作光子晶体的研究刘国彬;孙晓红;李大海;臧克宽【摘要】Making photonic crystal by holography interference,which possessed the economic and quick properties,is an ideal method of fabricating large area photonic crystal. Prism holography interference method,as the setup is relatively stable,and can be easily adjusted,has become an important photonic crystal fabricating method. Because two dimension photonic crystal can be made relatively easily,it has been widely used in many devices such as LED and semiconductor lasers. In this paper, some theoretical questions in making two dimension and three dimension photonic crystal with top-cut prisms are analyzed,in which the number of light beams,space distributions and polarization have impact on the fabricated optical lattice structures. In this paper, different kinds of two dimension and three dimension optical lattice structures fabricated by hexagonal top-cut prisms are simulated with computer.%全息干涉法制作光子晶体具有经济、快捷等特点,是制作大面积的光子晶体理想的方法.其中棱镜全息干涉法具有实验装置稳定性好、易于调节等优点,成为一种重要的光子晶体制作方法.制作二维光子晶体相对简单,并且在很多器件如LED、半导体激光器等的制作中得到广泛的应用.本文分析了用top-cut六棱镜全息干涉制作二维、三维光子晶体的理论问题:光束的数目、空间分布等对生成的光学晶格结构的影响.本文计算机模拟一定情况下,六棱镜生成的各种二维、三维学晶格结构.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)012【总页数】5页(P1373-1377)【关键词】光学材料;光子晶体;全息干涉;光学晶格【作者】刘国彬;孙晓红;李大海;臧克宽【作者单位】郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052【正文语种】中文【中图分类】O438.11 引言光子晶体是一种介电常数呈周期性分布的光学材料，1987年，由 Yablonovitch 和 John在研究禁止自发辐射和局域态问题时分别提出。
全息干涉法制备的光子晶体带隙特性研究
组 成光 子 晶体 结构 的 两种介 质 折射 率之 间的对 在全 息干 涉技 术制 备 光子 晶体 结构 时 ，结构 的能 带 比以及 光 子 晶体结 构 中格 点 的形 状 共 同决定 了晶体 特性 可 以通 过改 变光 束设 计来 实现 ，从 这种 意 义上 结 构 的带 隙性 质 。介质 折射 率对 比越大 ，入 射 光在 来说 激光 干 涉技术 为 我们 提供 了一 个思 路 。本文 主
摘 要 ：提 出 了一种 利 用 两 次 曝 光 的 全 息干 涉技 术提 高光 子 晶 体 全 带 隙 的 方 法 ，通 过 两次 曝 光 可 以适 当调 整 晶格
中介质柱的 大小和形状 ，并可以改 变光子 晶体的对称性 ，有效地提 高光子能带性质 。以两种混合三 角光子 晶体 结构 为
例进行计算 ，研 究表 明经过适 当优 化的结构在很 宽的 系统参数 范围 内有全光子带 隙存在 ，并质材料在三个方 度 会 直接 影 响材料 的 聚合效 果 ，可 以通 过改 变光 束
向轴 上 都呈 周期 性 排列 ，若 入射 光 波在 三维 光 子 晶 配置 、光 源强 度 以及 曝光 时 间来调 节 聚合后 的干 涉 体 内 的任何 方 向都 不能 传播 ，说 明该 结 构具 有全 禁 图样 。曝 光后 经显 影 处理样 本 就可 得到 折射 率在 空
带 ，也称完全带隙。光子晶体结构 中的禁带性质 ，
间周期 排 列 的微 系统结 构 。改 变相关 光 的光 束波 矢
光子晶体的制备及光学性质研究
光子晶体的制备及光学性质研究光子晶体是指一种具有周期性介电常数分布的材料，其晶格常数大于光的波长。
光子晶体通常由多种不同折射率的材料间隔排列而成，形成的结构可以对特定波长的光进行选择性反射或透射，产生光子带隙。
近年来，光子晶体在光学通信、激光器、光电子学等领域得到广泛应用。
本文将介绍光子晶体的制备及光学性质研究。
一、光子晶体的制备方法1.自组装法自组装法是通过凝聚态物理学中的自组装现象得到光子晶体。
一般使用像微球、纳米颗粒等这种小尺寸颗粒，以组装出米级的光子晶体。
这种方法存在成本低廉、效率高、易于扩大规模等优点。
其中最具代表性的自组装法是线性定向积累（LOM）方法。
在这种方法中，聚合物球体在有序堆积的基础上沿定向晶化的方向逐个叠加而成。
2.模板法模板法是一种方法，通过将孔隙复制到被制备物中来制备光子晶体。
首先将大分子入侵到有序孔隙结构中，然后通过溶剂蒸发或凝聚修饰晶体，最后得到晶体。
这种方法优点在于可以制备一些大型光子晶体，但是缺点也很明显，主要就是制备时比较复杂，可以使用的材料种类也比较少。
3.直接制备法直接制备法是通过一些成熟技术和新的光学技术，直接制造出具有光子结构的材料。
这种制备方法速度快且可以快速更改我们所制作的晶体的结构。
这种方法在生物医学领域和纳米级制备方面有用，可以制造出很多奇妙的东西。
二、光子晶体的性质1.布拉格反射布拉格反射是指发射到晶体上的光束将射回原目前的方向。
这种现象发生的原理是光子晶体可以对特定波长的光进行强烈的反射，而大多数波长的光都通过了晶体。
另外，布拉格反射是一种高精准成像技术的基础，诱导了许多成像技术的发展。
2.光子带隙当光子晶体的晶格尺度与光波长相近时，就会出现光子带隙。
光子带隙是指光子在光子晶体中传播时遇到能带分离的现象，它具有波长选择性。
由于禁带存在，显然，在某些波长的范围内，光子是不能穿过晶体的，因此可以产生模式选择。
这种现象把光子晶体与普通的光学晶体区分开来。
全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率_.
第58卷第2期2009年2月1000 3290 2009 58(02 0959 05物理学报AC TA PHYSIC A SINICAVol. 58, No. 2, February, 20092009Chin. Phys. Soc.全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底*提高发光二极管外量子效率林瀚刘守张向苏刘宝林任雪畅(厦门大学物理系, 厦门 361005(2008年5月9日收到; 2008年6月6日收到修改稿为了提高GaN 基发光二极管(LED 的外量子效率, 在蓝宝石衬底制作了二维光子晶体. 衬底上的二维光子晶体结构采用激光全息技术和感应耦合等离子体(ICP 干法刻蚀技术制作, 然后采用金属氧化物化学气相沉积(MOC VD 技术在图形蓝宝石衬底(PSS 上生长2 m 厚的n 型GaN 层, 4层量子阱和200nm 厚的p 型GaN 层, 形成LED 结构. 衬底上制作的二维光子晶体为六角晶格结构, 晶格常数为3 8 m, 刻蚀深度为800nm. LED 器件光强输出测试结果显示, 在PSS 上制作的LED(PSS LED 的发光强度普遍高于蓝宝石平面衬底上的LED, 平均强度提高了100%.在PSS 和蓝宝石平面衬底上GaN 层的(0002 晶面采用X 射线测得的衍射摇摆曲线显示, PSS 上的GaN 晶体质量并没有提高, 表明PSS LED 外量子效率显著提高的原因不是由于内量子效率的提高, 而可能是由于二维光子晶体产生的散射作用导致提取效率的提高所致.关键词:全息, 发光二极管, 图形蓝宝石衬底, 外量子效率PACC :4240M , 7860F, 7850G部分光在界面被反射回来, 形成波导光被困在器件1 引言内部, 经过多次反射最终被半导体吸收, 转化为热能. 这不但造成了能量的大量损耗, 而且由于LED 经常工作在高温状态, 使LED 的使用寿命缩短. 在LED 中制作二维光子晶体结构来提高LED 的外量子效率是近年来的研究重点之一. 目前采取的方法[2, 3]主要有以下三种:一是在p 型Ga N 材料或铟锡[4]氧化物(ITO 层表面制作二维结构来提高器件的光提取效率; 二是在蓝宝石衬底的底面制作类似透[5]镜阵列的结构来提高LED 底面的光提取效率; 三是在蓝宝石衬底制作二维结构, 然后生长GaN 材料[6]制作成LED 器件. 研究表明, 第三种方法同时具[7]有提高内量子效率和提取效率的效果. 在第三种方法中, 衬底图形的制作大多采用半导体工艺的光刻法, 先将图形制作在衬底表面的遮挡层上, 然后用[8][9]干刻法或湿刻法将图形转移到蓝宝石衬底上. 采用光刻曝光的方法必须先制作光刻掩模版, 而一块光刻掩模版只能对应一个周期的结构, 不利于不同周期的衬底结构制作. 此外, 光刻工艺分辨率比较低, 不利于小周期图形的制作.目前, 发光二级管(LED 由于其节能、环保、长寿命的特性引起了人们的广泛关注, 是未来社会所需要的新型照明光源. 其中, GaN 基LED 作为蓝光照明材料, 其优势尤其明显:GaN 基LED 不但可以作为白光LED 的激发光源, 而且可以作为液晶显示的背光源、大幅广告和夜景光源等. 但是, 目前GaN 基LED 因亮度太低还无法广泛应用, 其主要根源是器件的内量子效率和光提取效率很低, 导致外量子效率低. 其很低的内量子效率是由于GaN 材料目前无法找到适配的衬底进行生长, 其与蓝宝石衬底的晶格失配为14%, 所以长成的Ga N 材料缺陷较多, 缺陷密度较大. 当电流注入的时候, 线缺陷吸收了部分电流而不能有效产生载流子, 使注入效率下降. 同时, 产生的载流子在缺陷能级无辐射复合, 而且载流子复合生成的光能容易被缺陷吸收, 产生热量. 光提取效率低主要是由于LED 材料与外界材料的折射率相差很大, 存在界面全反射作用. LED 发射的大*福建省青年人才创新项目(批准号:2007F3099 资助的课题. E xmu. cn[1]960物理学报58卷本研究采用全息技术代替光刻法在蓝宝石衬底上制作二维光子晶体图形. 所采用的全息技术具有光学系统简单、制作过程快速、能用一次曝光制作大面积光子晶体图形等优点. 此外, 还能靠调整光路参数来实现不同周期图形的制作, 具有很强的实用性和很低的结构制作成本. 实验中采用全息曝光加感应耦合等离子体(ICP 刻蚀技术在蓝宝石衬底上制作二维光子晶体结构. 所制作的光子晶体为六角晶格结构, 晶格常数为3 8 m, 在衬底中的刻蚀深度为800nm. 在图形蓝宝石衬底(PSS 上采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD法制作GaN 基蓝光LED 器件. 器件输出测试结果显示, 在PSS 上制作的LED (PSS LED 的发光强度普遍高于蓝宝石平面衬底上的LED, 平均亮度提高了100%.GaN 的(0002 晶面X 射线衍射摇摆曲线显示, 在PSS 上生长的GaN 晶体的质量没有提高. 器件外量子效率提高的原因可能是由于二维结构产生的散射作用导致提取效率的提高.形成二维六角晶格图形. 图形的晶格常数D 取决于三束衍射光相对于系统光轴的夹角 , 可表示为D =3sin arccos 1- 222, (1式中为光栅的一级衍射角. 众所周知, 光栅的衍射角由光栅周期决定, 所以只要控制HOE 上光栅的周期, 即可获得所需晶格常数的二维六角晶格图形. 因此采用图1所示的光学系统, 可以很容易地制作不同周期的二维图形. 此外, HOE 上光栅的面积决定了一次曝光所制作的二维结构的面积, 所以面积为几个平方英寸的二维图形可以用一次曝光获得. 这十分有利于实现工业化的低成本、大批量制作.2 实验图1 在光刻胶上制作二维图形的全息光学系统示意图2 1 蓝宝石图形衬底的制作首先在蓝宝石衬底上用甩胶机涂布一层厚度大约为2 8 m 的美国产AZ500型正性光刻胶, 然后采用图1所示的全息光学系统在光刻胶上曝光, 制作光子晶体图形. 采用的光源是He Cd 激光器发出的波长为442nm 的激光. 激光束经过扩束滤波器扩束后, 再经过准直透镜形成平行光照射在全息光学元件(HOE上. HOE 是由三个两两夹角为120 并具有相同周期的光栅组成, 三个光栅的一级衍射光相互干涉将涂有光刻胶的蓝宝石衬底放在三束光的干涉区域中, 衬底平面与系统光轴相垂直, 衬底的解理面与二维晶格图形的一组晶列方向成30 角. 由于GaN 晶体的解理面与蓝宝石衬底的解理面相差30 , 因此所制作的光子晶体的一组晶列与GaN 晶体的解理面方向相同. 实验中所用的样品为半圆形衬底, 即2英2. 曝光时采用遮挡方直径的蓝宝石衬底片的1式只让一部分衬底受到曝光, 这样可以在同一片衬图2 PSS 的显微照片(结构晶格常数为3 8 m, 刻蚀深度800nm (a PSS 的光学显微镜照片, (b PSS 的A FM 照片2期林瀚等:全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率961底上制作两种LED(PSS LED 和普通LE D , 方便进行比较. 曝光以后的衬底经过显影, 在光刻胶上产生二维六角光子晶体结构, 晶格常数为3 8 m. 结构晶格格点的位置为空气圆孔, 圆孔穿透整个胶层. 然后对衬底进行ICP 刻蚀, 刻蚀深度为800nm. 图2是PSS 的显微照片, 其中图2(a 是光学显微镜拍摄的, 显示PSS 上的结构均匀; 图2(b 是在15 m 15 m 面积上获取的原子力显微镜(AFM 照片, 显示圆孔壁有倾斜, 圆孔直径随着深度增大而略变小. 2 2 GaN 基LED 的制作采用MOC VD 外延技术在PSS 上制作LED 器件:先生长一层厚度为2 m 的n 型GaN, 再生长4个周期的InGaN GaN 量子阱结构, 最后生长厚度约为200nm 的p 型GaN 层. 外延生长完后,采用通常域为p 电极. 由于在衬底上生长的外延层很薄, 从器件表明仍可以看到制作在衬底上的图形结构. 图4是整个器件的截面示意图.3 实验结果及分析发光强度分布测试表明:在20m A 注入电流下, PSS LED 的发光强度普遍远高于未制作结构区域的普通LED 的发光强度. PSS LED 的最高发光强度为65mcd, 而普通LED 的最高发光强度为50mcd, 最高发光强度相比提高了30%.将芯片中所有PSS LED 的平均亮度(55mcd 与所有普通LED 的平均亮度(27mcd 比较, 可得PSS LE D 的平均亮度提高了100%.分别在样片的PSS 区域和未做结构的区域取一个中等亮度的LED 进行! 发光强度电流∀曲线测试, 得到的结果示于图5. 图中三角形代表衬底未做结构的LED, 圆点代表PSS LED. 图5表明, 在不同的注入电流下, PSS LED 的发光强度都远高于普通LED.图3 制作完成的单个LED 器件的光学显微镜照片两个白色区域分别为两个电极图5 LED 光输出相对注入电流的变化曲线LED 的发光强度提高, 表明LE D 的外量子效率提高了. LED 的外量子效率取决于LED 的内量子效率和光提取效率, 并存在以下关系:! ext =! int ! lee ,(2图4 PSS LED 的截面示意图其中! ext , ! int 和! lee 分别为外量子效率、内量子效率和光提取效率. 从(2 式可知, LED 内量子效率或提取效率的提高都会导致PSS LED 外量子效率的提高. 为了分析本实验获得PSS LED 外量子效率提高的原因, 我们首先检测PSS 上的GaN 晶体质量是否有改变, 如果晶体质量提高了, 则表明内量子效率有提高. 检测方法是采用X 射线双晶衍射仪来获取(的半导体光刻法刻出电极台面, 然后在p 型Ga N 上采用真空镀膜方法制作一层250nm 厚的I TO 层作为电流扩展层, 再制作上p 电极和n 电极, 整个器件就制作完成. 图3是单个LED 的光学显微镜照片,,962物理学报58卷(FWHM , 以了解其位错情况是否有改善.图6是在室温下对GaN 晶体(0002 面测得的X 射线衍射摇摆曲线, 图中实线代表生长在PSS 上的GaN 晶体, 虚线代表生长在平面衬底的Ga N 晶体. 二条曲线显示生长在PSS 上的GaN 晶体的半峰全宽为256arcsec, 而生长在平面衬底上的GaN 晶体的半峰全宽为232arcsec. 两种GaN 晶体的半峰全宽十分接近, 证明生长在PSS 上的GaN 晶体的质量没有提高. 由此可以得出结论, 实验中所获得的PSS LED 外量子效率的提高不太可能是由于内量子效率的提高所致, 而可能是光提取效率的提高所致.值才会对波导光产生衍射. 光栅周期最大值d max 为d max =,n 1sin ∀-n 2(3其中n 1是GaN 的折射率, n 2是蓝宝石衬底的折射率, ∀为波导光入射到界面的角度(∀∃∀TI R , 为光波长. 利用(3 式计算得知, 我们在衬底制作的结构(d =3 m 只对入射角在52 4 %59 之间的波导光起衍射作用. 所以PSS 结构对波导光产生衍射导致提取效率提高的作用不明显.基于以上分析, 本实验获得明显外量子效率提高的原因很可能是由于PSS 中的二维结构对光产生的散射作用, 使原来被! n 型Ga N 衬底∀界面限制的波导光改变了传播角度, 使得其中一部分可以从LED 表面射出, 提高了LED 的提取效率.4 结论本研究在蓝宝石衬底上采用全息技术和ICP 刻蚀法制作了晶格常数为3 8 m 、深度为800nm 的二维六角晶格结构, 并采用MOCVD 法在PSS 上制作了蓝光GaN 基LE D. 输出测试显示, 在20mA 注入电流下, PSS 区域的LED 平均发光强度比普通LED 区图6 在PSS 上生长的GaN 晶体和在无结构衬底上生长的GaN 晶体在(0002 面的X 射线摇摆曲线域的平均发光强度提高了一倍. X 射线衍射分析表明, PSS 上的Ga N 晶体的质量没有提高, 意味着本实验制作的PSS LED 的外量子效率的提高不是由于内量子效率的提高, 而有可能是由于衬底结构对光产生散射, 导致提取效率的提高. 采用全息光学系统可以仅用一次曝光在蓝宝石衬底上制作大面积二维晶格结构, 并可方便地改变晶格常数, 有利于大批量低成本的工业化生产.本实验只在蓝宝石衬底制作了一种二维结构, 寻找更佳的结构周期、深度和形状, 有可能进一步提高LED 的外量子效率.作者感谢厦门三安光电股份有限公司帮助进行衬底ICP 刻蚀、电极制作和输出测试.二维六角晶格结构可以看作是由三组相隔120 的相同光栅构成, 光栅周期d 与晶格常数D 的关系[10]为d =D #sin60 . 本实验中PSS 结构的晶格常数为3 8 m, 所以相当于有三组周期为3 m 的光栅. 对于普通LED, 从有源区发出的光到达! n 型GaN 衬底∀界面时,由于GaN 的折射率(n 1=2 4 大于蓝宝石的折射率(n 2=1 76 , 入射角大于全反射角(∀TIR =52 4 的光在! n 型GaN 衬底∀界面被反射回来, 形成波导光. PSS 上的结构有可能对光产生散射或衍射作用, 从而改变光的传播角度, 使波导光射出LED. 从衍射理论可知, 光栅周期必须小于某一最大[1][2][3]Kang J Y, Huang Q S, Ogawa T 1999Acta Phys . Sin . 481372(i n Chinese [康俊勇、黄启圣、小川智哉1999物理学报481372]Ryu H Y, Lee Y H, Sellin R L, Bimberg D 2001Appl . Phys . L e tt . 793573Li Y, Zheng R S, Feng Y C, Liu S H, Niu H B 2006Chin . Phys . [4][5][6]Lin H, Zhang X S, Liu S, Ren X C 2008Proc . SPIE 6832683203Khiz ar M , Fan Z Y, Kim K H, Lin J Y, Jiang H X 2005Appl . Phys . Lett . 86173504Yamada M , Mitani T, Narukawa Y, Shi oji S, Niki I, Sonobe S, Deguchi K, Sano M, Mukai T 2002J . Appl . Phys . 41L1431Cuong T S, Ki m H G, C H, E K, Cho H K,2期林瀚等:全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率Kong B H 2007Appl . Phys . Lett . 90131107[9][10]963Lee Y J, Hwang J M , Hs u T C, Hsieh M H, Jou M J, Lee B J, Lu T C, Kuo H C, Wang S C 2006IEEE Photon . Tec hnol . Lett . 181152Zhang X S, Liu S, Ren X C2006Proc . SPIE 6352635230[8]Wang W K, Wuu D S, Lin S H, Han P, Horng R H, Hs u T C, Huo D C, Jou M J, Yu Y H, Lin A 2005IEEE J . Quantum Electron . 411403Enhanced external quantum efficiency of light emitting diodes by fabricating two dimensional photon ic crystal sapphiresubstrate with holographic technique *Lin Han Liu Shou Zhang Xiang Su Liu Bao Lin Ren Xue Chang(Department o f Ph ysics , Xia men U ni ve rsit y , Xia me n 361005, Chin a (Received 9May 2008; revi sed manu scri pt received 6J une 2008AbstractI nvestigation in fabricating two dimensional (2D photonic crystal (PC on sapphire substrates for enhancing external efficienc y of Ga N based light e mitting diodes (LEDs is presented. 2D PC was fabricated on a sapphire substrate using holographic lithography and induc tively c oupled plasma (I CP dry etching. LEDs with 2 m thick n GaN laye r, four pairs of InGaN Ga N quantum well structures and 200nm thick p Ga N la yer were grown on the patterned sapphire substrate (PSS by metal or ganic chemic al vapor deposition (MOCVD. The PC fabricated on PSS has 2D hexagonal lattice pa ttern, with 3 8 m latt ice constant and 800nm depth. LED output measurement sho ws 100%inc rease in the average luminous intensity of PSS LEDs c ompared with tha t of conventioanl LEDs. The measured X ray rocking c urves of (0002 diffrac tion for GaN layers grown on patterned and non pa tterned sapphire substrate s indic ate that the quality of Ga N crystal grown on PSS is not improved, whic h implies that the large enhancement of exte rnal quantum e fficienc y of PSS LED is not c aused by the increase in inte rnal efficiencybut possibly by the inc rease in extraction efficie ncy, which results fro m the scattering of the PSS. Keywords :holography, light emitt ing diodes, patterned sapphire substrate, external quantum efficiency PACC :4240M, 7860F, 7850G*Project supported by the Program of Youth Scienti fic Innovation Talents of Fujian Province, Chi na (Grant No. 2007F3099 . E mail:hanlin@xmu. edu. cn。
激光全息干涉技术制备二维光学晶格的研究资料
激光全息干涉技术制备二维光学晶格的研究资料激光全息干涉技术制备二维光学晶格是一种新颖而强大的方法，用于制备具有特定光学性质的超晶格结构。
它在材料科学、光子学和量子优化等领域有着广泛应用。
本文将介绍激光全息干涉技术的原理和制备二维光学晶格的研究进展。
激光全息干涉技术是一种使用激光干涉产生理想光场分布的方法。
它利用激光在光敏材料上形成干涉图案，然后通过光敏材料的光致变化来记录干涉图案，最终形成全息图。
全息图可以重现原始光场分布，使得可以在任意时间和空间重建出原始光场。
制备二维光学晶格的方法基于这种全息图技术。
首先，利用计算机生成二维晶格的干涉图案。
然后，通过激光光束照射到光敏材料上，并记录光照强度分布。
接下来，通过化学处理或热处理等方法来提高材料的光致变化效果。
最后，使用适当的方法，如化学开发或热开发等来形成最终的二维光学晶格。
研究人员已经取得了很多令人振奋的进展。
他们成功地制备了具有不同结构和特性的二维光学晶格。
例如，利用激光全息干涉技术可以制备具有正方形、三角形和六角形等形状的晶格。
此外，通过调整激光的波长和干涉图案的特征，还可以实现二维光学晶格的周期性调控。
通过选择适当的光致变化效应材料，还可以制备具有特殊功能的二维光学晶格，如光学相位调制器和光学滤波器等。
除了制备方法的研究，还有一些关键问题需要解决。
首先，制备过程中需要控制光致变化效应的空间分辨率和光伏效应的稳定性。
这些因素对于得到高质量的二维光学晶格至关重要。
其次，为了实现更复杂的结构和更精确的调控，如何改善计算机生成干涉图案的算法和技术也是一个重要的问题。
此外，还需要进一步探索光致变化效应材料的性能优化和制备工艺等方面的研究。
总结起来，激光全息干涉技术制备二维光学晶格是一种有潜力的方法，可以制备具有特定光学性质的超晶格结构。
研究人员已经在制备方法和技术方面取得了一些重要的进展，但仍然面临一些挑战。
随着进一步的研究，相信这种方法将在光子学和量子优化等领域发展得更加广泛和成熟。
光子晶体的制备及其光学性能研究
光子晶体的制备及其光学性能研究光子晶体是一种光学材料，由于其具有调控光学性质的能力，引起了人们的广泛关注。
光子晶体是由周期性排列的空气球或其他介质球之间的多个相互作用构成的。
其中，光子晶体中的布拉格衍射是最突出的特点之一。
本文将详细介绍光子晶体的制备及其光学性能研究。
一、光子晶体的制备光子晶体的制备方法主要有自组装方法和仿生学方法两种。
自组装方法：采用自组装方法制备光子晶体，需要将适当比例的介质球均匀分散在溶液中，通过自组合形成晶体。
自组装方法制备光子晶体的关键是要能够使介质球自然地组装在一起，同时还需要使晶体具有高质量和周期性。
实践证明，使用等体积随机分散的介质球即可实现此目标。
仿生学方法：仿生学方法是最新的制备光子晶体的方法之一。
此方法主要是通过基于天然生物学的制品，例如贝壳，控制和建立光子晶体的形成。
仿生学方法制备光子晶体的优点在于，可以通过仿生学方法调节光子晶体的形成，从而产生特定的光学性质。
二、光子晶体的光学性能研究1. 布拉格衍射光子晶体最主要特征之一是布拉格衍射，该特征是由于晶体中的介质球或组分单位形成有序排列，从而形成一个三维周期结构，同时晶体还具有由介质球或组分单位间引起的相互作用。
这些相互作用可被视为两个波的干涉。
在光子晶体的三维周期性结构中，入射光和反射光之间的干涉，会产生由衍射图案中的明暗带表示的“布拉格反射”。
由于光子晶体中晶格常数存在周期性的变化，因此能够在光子晶体里面控制衍射。
2. 光子能带结构光子能带结构是光子晶体重要的物理性质。
在固体中，电子能带结构对于电子在固体中移动和输运至关重要。
光子能带结构同样也关乎电磁波在物质中的传播和输运性质。
当光子晶体的晶格结构周期性变化时，光波在晶格中的传播受到影响，从而导致了特殊的光学特性。
光子晶体的光学性能是由其结构和光子能带结构决定的。
3. 常见的光子晶体材料目前，常见的光子晶体材料主要有三类，包括高分子材料、金属材料和半导体材料。
多光纤点光源干涉法制作光子晶体的研究
多光纤点光源干涉法制作光子晶体的研究
王高亮;孙晓红;郝宇;黄颖娟
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2013(043)011
【摘要】利用多光纤点光源全息干涉法对四光纤(4+1)和五光纤(5+1)的干涉场进行理论模拟和实验测量,并比较了中心光束对整个干涉场的影响,研究表明中心光束只对干涉场对比度有影响,而不影响干涉晶格结构.同时给出了多光纤干涉的实验结果,从实验结果看出,实验和理论有比较好的一致性.并且设计了四根光纤干涉形成的渐变型光子晶体结构,对其光场的分束和聚焦作用进行了理论模拟.本文的研究为制作渐变型光子晶体分束器和聚焦透镜提供了很好的理论和实验依据.
【总页数】4页(P1273-1276)
【作者】王高亮;孙晓红;郝宇;黄颖娟
【作者单位】郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;内蒙古大学物理科学与技术学院,内蒙古呼和浩特010021
【正文语种】中文
【中图分类】O436.1
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全息光子晶体LED的制作技术
全息光子晶体LED的制作技术
刘守;张向苏;林瀚;刘影
【期刊名称】《中国照明》
【年(卷),期】2007(000)001
【摘要】在发光二极管（LED）表面制作二维光子晶体可以提高其外量子效率。
本文提出一种利用激光全息技术将二维光子晶体结构制作于LED表面的新方法。
这种二维光子晶体基于光栅衍射原理将限制在LED内的波导光提取出来。
初步实验结果显示当在GaN基蓝光LED表面的ITO电流扩展层制作晶格常数为1．2微米、深度约0．2微米的二维六角光子晶体时，LED的发光强度提高了35％。
【总页数】4页(P33-36)
【作者】刘守;张向苏;林瀚;刘影
【作者单位】厦门大学物理系
【正文语种】中文
【中图分类】TN201
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使用物理实验技术研究光子晶体的实验方案
使用物理实验技术研究光子晶体的实验方案光子晶体，作为一种新兴的材料，具有许多独特的光学性质和应用潜力。
光子晶体对光的传播和控制能力，促使科学家们积极探索其特性和应用。
在这篇文章中，我们将讨论使用物理实验技术研究光子晶体的实验方案。
一. 实验目的和背景光子晶体是一种由周期性物理结构组成的光学材料，具有禁带、分散特性和强制一定波长的光通过的特点。
它在光学通信、传感器、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。
通过实验研究光子晶体的特性和性能，可以为其应用提供有力支持。
二. 实验器材和材料为了进行光子晶体的实验研究，我们需要以下器材和材料：1. 激光器：用于提供单色、相干光源；2. 透明介质：可以是玻璃、二氧化硅等；3. 光学元件：例如透镜、准直器等；4. 显微镜：用于观察和测量材料微观结构。
三. 实验步骤1. 制备光子晶体样品：选择合适的材料并通过光刻技术制备出周期性结构的光子晶体样品。
2. 测量光子晶体的光学特性：使用激光器照射样品，观察和记录透射光、反射光、散射光等的光学特性。
3. 分析光子晶体的禁带结构：通过改变入射角度、光源波长等实验条件，观察和记录光子晶体禁带的性质和特征。
4. 测试光子晶体的光学传导特性：通过引入缺陷等方法，研究光子晶体的光学传导特性和光子晶体波导的性能。
5. 观察光子晶体的自发发光特性：使用激光器或其他激发源激发光子晶体样品，观察其自发发光的特性。
四. 数据分析与结果根据实验测量的数据和观察结果，分析光子晶体样品的光学特性和性能。
通过光子晶体的禁带结构、光学传导特性、自发发光特性等方面的分析，得出光子晶体在不同光学特性下的应用前景和潜力。
五. 实验中的问题与改进在实验过程中，可能会遇到一些问题，例如激光功率调整、样品制备质量等。
可以根据实验结果的不确定性，对实验方法进行改进和优化，以获得更准确、可靠的实验数据。
六. 潜在的应用前景通过这些实验研究，可以为光子晶体在光学通信、光传感、集成光学等领域的应用提供基础性实验支持。
全息方法实现高外量子效率光子晶体LED的开题报告
全息方法实现高外量子效率光子晶体LED的开题报告一、研究背景及意义光子晶体LED（PhC-LED）是一种结合了光子晶体和LED的新型发光器件。
它具有高光提取效率和优异的色彩品质，是一种非常有潜力的微纳光电器件。
其中，外量子效率（EQE）是衡量LED性能重要的参数之一，它表示每个注入载流子所产生的光子数量。
当前，PhC-LED的EQE仍然较低，只有一些特殊极端的样品可以达到30%以上，普通的PhC-LED的EQE在10%以下。
为了提高PhC-LED的EQE，一些前沿的研究方法已经被提出，如表面等离子体共振（SPR）、共振腔增强等。
其中，全息方法是一种最近被开发用来提高PhC-LED EQE的方法。
这种方法涉及到微纳尺度图案的光穿透过程，主要是利用全息光栅的多光束干涉效应，在晶体中产生光折射减小，从而提高光提取效率。
本文旨在基于全息方法来实现高EQE的PhC-LED，并通过光电特性测试和电镜等多种手段对其进行表征和研究，为PhC-LED的应用和发展提供理论支持和实践经验。
二、研究内容1. PhC-LED的制备方法研究：采用光刻、干蚀、电子束蒸发等先进工艺制备满足光子晶体结构要求的样品，并进行光谱特性测试。
2. 全息方法实现PhC-LED EQE提升：通过光学全息方法对PhC进行结构干涉，调节晶格常数和折射率分布，探究其对EQE的影响。
3. PhC-LED光电特性测试：对制备得到的PhC-LED进行电学和光学测试，包括I-V特性曲线、光谱响应和EQE等参数的测试。
4. 电镜分析和表征：通过SEM和TEM等多种手段，对PhC-LED的表面形貌和结构进行分析和研究，以验证全息方法对PhC的影响。
三、研究方案1. 样品制备采用先进的光刻技术制备PhC结构，然后通过干蚀和电子束蒸发等方法进行样品制备，制备得到的样品需要满足光子晶体结构的要求。
2. 全息方法实现PhC-LED EQE提升采用全息光栅光学结构，探究其对PhC结构折射率分布的影响，调节光学参数，如波长、孔径等参数，探究其对光提取效率的影响。
光子晶体材料的制备及光学性质研究
光子晶体材料的制备及光学性质研究光子晶体材料是指以微米或纳米尺度周期结构为基础，通过制备和研究其光学特性而得到的一类新型材料。
由于其在不同波长范围内呈现出特殊的色彩效应，广泛应用于颜色滤波器、光学反射镜、光波导器件等领域。
本文旨在介绍光子晶体材料的制备方法及其常见的光学性质研究。
一、光子晶体材料的制备方法光子晶体材料的制备方法主要有自组装法、纳米印刷法、光刻法、离子束打孔法等几种。
1.自组装法自组装法是制备光子晶体材料的最常见方法，也是最简单的方法之一。
该方法将高聚物、液晶分子等有机物质和金属、氧化物等无机物质混合后，通过溶剂挥发或烘干制成具有规则结构的薄膜或微球。
2.纳米印刷法纳米印刷法是利用亲疏水性相间的聚合物薄膜，在金属或者半导体等基片上制备出与薄膜结构相应的纳米结构。
纳米结构可以在半导体器件中发挥作用，可用于集成光电子器件。
3.光刻法光刻法可以在惠更斯衍射运动效应原理的基础上，利用光的折射和反射、掩膜和化学反应相结合和催化作用构筑具有规则结构的纳米结构。
例如利用光刻技术，可以将过去的调制器从数十微米小的器件缩小到几个纳米甚至低于纳米大小的细小器件中。
4.离子束打孔法离子束打孔法是利用离子束冲击材料表面，形成具有周期性特点的微小凸起。
再通过化学腐蚀的方法进行处理，使凸起部位沉积物质被去除，形成微钻孔；在模板表面以及模板孔道上沉积材料后，通过静电吸附和横向腐蚀形成光子晶体材料。
二、光子晶体材料的光学性质研究光子晶体材料的光学性质主要包括光反射、光折射和光吸收。
其中，光反射是光子晶体的最主要的性质。
1.光反射光反射是指在光出射角度小于反射角度时发生的现象。
在光子晶体材料中，平行于周期结构的光波无法穿透，只能在表面反射。
当光能量进入光子晶体中时，其反射光强度将随入射角度的改变而发生变化，只有在特定波长和入射角度下，光才会被反射回来，形成色散效应。
这种现象在光反射镜、光谱仪等领域有广泛的应用。
2.光折射光折射是指当光线从一种介质进入另一种介质时，由于介质密度、折射率的不同而发生改变的现象。
用光子晶体制作可见光超棱镜
用光子晶体制作可见光超棱镜
高国龙
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2004(000)011
【摘要】据美国《Photonis Spectra》杂志报道，英国南安普敦大学与Mesophotonics有限公司的研究人员最近制备出了一种能够在可见光波长上工作的光子晶体超棱镜。
这种光子晶体超棱镜的结构是通过用电子束平印术和干蚀刻法在位于N型硅上的氮化硅波导中蚀刻160nm直径气孔制成的。
光子晶体呈
186×500μm大小的长方形列阵状，它有600行气孔。
【总页数】1页(P30)
【作者】高国龙
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN248
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1.棱台棱镜全息干涉制作光子晶体 [J], 陈猛;薛峰;李淑娟;陈宪锋
2.棱台棱镜全息干涉制作光子晶体 [J], 陈猛;薛峰;李淑娟;陈宪锋;
3.棱镜全息干涉法制作光子晶体的研究 [J], 刘国彬;孙晓红;李大海;臧克宽
4.用双棱镜在LiNbO3∶Fe晶体中构造大面积光子晶格 [J], 武一洁;杨立森;王龙飞;李永辉;逯文婷;李强;施慧渊
5.棱镜全息干涉法制作二维光子晶体的研究 [J], 刘国彬;孙晓红;李大海;臧克宽;许兴胜
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多光纤全息干涉法制作光子晶体
多光纤全息干涉法制作光子晶体孙晓红;王高亮;王尧;郝宇【摘要】Holographic interferometry is a simple, fast method to make photonic crystals (PhCs). Multi-fiber inter-ferometery further simplifies the system configuration by leaving out the beam spliter and the beam expander. Holographic PhCs structures have been calculated for two and three-fiber interference in this paper. The effect of uneven fiber strength on the PhCs lattice structure has also been investigated. Experiment results were obtained and recorded for two and three-fiber interfering system. A good consistence was observed between the theoretical and experimental results. Moreover,based on this method,large area of PhCs with different period and size can be fabricated by precisely controlling the fiber exit location and the scanning lithography.%全息干涉法是一种结构简单、快速的光子晶体制作方法.多光纤干涉法无需使用扩束和分束装置,进一步简化了装置的构成.文中理论模拟了双光纤和三光纤干涉所形成的全息光子晶体结构,并考虑光纤强度的不均匀对光子晶体晶格结构的影响.实验上采用双光纤和三光纤干涉装置实现了光子晶体结构的观察和记录,并与理论结果进行比较,实验与理论吻合的很好.而且,在此方法的基础上,精密控制光纤出射端的位置进行扫描光刻,可以实现不同周期、不同尺寸的大面积光子晶体的制作.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2012(042)005【总页数】4页(P535-538)【关键词】全息;光纤;光子晶体;干涉【作者】孙晓红;王高亮;王尧;郝宇【作者单位】郑州大学信息工程学院河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;郑州大学信息工程学院河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;郑州大学信息工程学院河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;郑州大学信息工程学院河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052【正文语种】中文【中图分类】O436.11 引言光子晶体是在1987年由美国的科学家 S．John［1］和 E．Yablonovitch［2］分别独立提出，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。
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Ｓ ｕｄ ｎ ｍ ａ ｉ ｇ ｐ ｏ ｏ ｉ ｒ ｓａ ｙ ｐｒｓ ｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｍ ｅ ｈ ｄ ｔ ｙ ｏ ｋ ｎ ｈ ｔ ｎ ｃ ｃ ｙ ｔ ｌｂ ｉｍ ｉ ｔｒ ｅ ｅ ｃ ｔ ｏ
ＬＩ Ｇｕ － ｎ， ＵＮ ａ ｈ ｎｇ， Ｉ Ｄａ ｈ ｉ Ｚ Ｕ ｏ ｂｉ Ｓ Ｘｉｏ— ｏ Ｌ — ａ ， ＡＮＧ — ｕ ｎ Ｋｅ ｋ ａ
平面方向上具有周期性 ， 在垂直 于平面的方向上不 具有周期性 ， 以上述棱镜侧 面的六束折射光干涉 所
可 以产生 二维 的 光学 晶格 。这 １ 矢 量 不 是兼 并 ５个 的 ， 倒 格 基 矢 可 选 取 为 ： Ｇ ， 矢 量 大 小 为 其 Ｇ ， 两 Ｇ （ｓ ＠）夹 角为 ６ 。可 以形 成 三 角 晶格 结 构 ， 。ｋｉ ， ｎ ０， 其 周期 （ 光学 晶格 常数 ） 大小 为 ２ｒＧ 。 ＇ 。 ｒ ／ 对 于 三 棱镜 ， 者 取 六棱 镜 侧 面对 称 的 三束 光 或
２ 基本 理论
小为√ ， ３ ０则生成 的光学 晶格周期为 ２Ｔ Ｇ ， Ｇ １ 。 因此
所示 ， 用 三棱镜 和 六棱镜 生成 的三 角形 光学 晶格 的周期 的 比
计算 中所 采 用 的六 角 棱 镜 如 图 ｉ
石 英玻璃 制成 ， 棱镜 上 下底 面为正六 角 ， 各侧 面与底
其 中 ， ＝ 一 代 表 初 始 位 相 差 ； 为 倒 ｆ Ｇ ＝ｋ 一
格矢。对于六棱镜， 若仅有侧面的六束折射光干涉 ，
倒格 矢包 括 １ 矢 量 ， ５个 所有 的这 些倒 格矢 量位 于 一 个平 面 内 ， 这样六 束 光 干 涉产 生 的光 学 晶 格 仅 在此
（） ２
其 中 ， 为棱 镜 材料 的折射 率 。 ， ｚ
通过其他工艺 ， 可以将光子晶体结构 引入到相关 的
器件 中或 制成 相应 的光子 晶体 材料 。
根据光干涉理论 ， Ⅳ束相干光参与干涉 ， 其干涉
光强 为 ：
．
图１ 所示的棱镜可实现分光作用 ， 将一束平行 光分成几束传播方向不同的相干光。此装置结构相
收 稿 日期 ：０ １０ —９ ２ １－５１
ｌ７ ３４
激 光 与 红 外
第 ４ 卷 １
向上 呈周 期 性 分 布 的 结 构 ｊ 可称 为 光 学 晶 格 。 ， 将这 种光 学 晶格用 感 光 材料 记 录 下 来 作 为模 板 ， 再
＝ —ａ ｓ （ｉａ ｎ ） ｒ ｉ ｓ ／ ｃｎ ｎ
棱 镜 生成 的各种 二维 、 维学 晶格结 构 。 三 关 键词 ： 学材 料 ； 子 晶体 ； 息 干涉 ； 学 晶格 光 光 全 光
中图分 类号 ： ４ ８ １ ０ ３ ． 文献标 识码 ： Ａ Ｄ ：０ ３ ６ ／ ． ｓ ．０ １５ ７ ．０ １ １ ． １ ＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ —０ ８ ２ １ ． ２ ０ ８ ｓ
ｍｅ ｓｏ ｈ ｔｎ ｃｃ ｓａ ａ ｅｍａ ｅ ｒｌ ｔ ｅ ｙｅ ｓｌ ｉ ｈ ｓｂ ｅ ｉ ｅｙ ｕ ｅ ｎ ｙｄ ｖ ｃ ｓｓ ｃ ｓＬ Ｄ ｄ ｓ ｒ — ｎ ｉｎ ｐ ｏｏ ｉ ｒ ｔ ｃ ｎ ｂ ｄ ｅａｉ ｌ ａ ｉ ｔ ａ ｅ ｎ ｗ ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ｍａ ｅ ｉｅ ｕ ｈ ａ Ｅ ａ ｅ ｙ ｌ ｖ ｙ， ｎ ｎ ｅ
子晶体的能带带隙与介质的介电常数 ， 占空 比以及 晶格结构等参 数有关系。光 子晶体在低 阈值激 光
作者简介 ： 刘国彬 （９４一） 男 ， 士研究 生 ， １８ ， 硕 主要 从事干 涉法 制作光子晶体的研究 。Ｅ ｍ ｉ ｈ ｘｌ ＠ｈ ｔａ ．ｏ — ａ ：ｎｘ ｂ ｏ ｉ ｃｍ ｌ ｇ ｍ ｌ
自 发辐射和局域态问题时分别提出。在晶体 中原子 的周期性分布， 可对其 中的电子运动产生周期性调 制， 使电子能级发生分离， 能带之间存在带隙。类 比 于晶体中的电子 ， 在光子晶体 中， 介电常数的周期性 分布也会对光子的运动产生周期性调制 ， 使其 中出 现光子带隙 ， 频率处于带隙中的光子不能传播 。光
１ 引 言
光子晶体是一种介 电常数呈周期性分布的光学
材 料 ，９７年 ， Ｙ ｂｏｏｉｈ和 Ｊｈ １８ 由 ａｌｎｖｔ ｃ ｏｎ在 研 究 禁 止
器 、Ｅ 、 Ｌ Ｄ 慢光波导 、 光子晶体光纤及其他光信息功 能器件 领域 展示 了很 大 的应用 前 景 Ｊ显 示 了很 强 ，
的越性 。
ｔ ｅ ｔ ｌ，ｎ ａ ｅ ａｉ ｄｕｔｄ ｈｓ ｅｏ ｅａ ｐｒ ｎ ｈｔｎｃ ｒｓ ｒ ａｎ ｔｏ ． ｅａｓ ｏｄ— ｉ ｌ ｓ ｂｅ ａｄｃｎｂ ｓｙａｊｓ ，ａ ｃｍ ｎｉ ｏ ａ ｔ ｏ ｉ ｃ ｔ ｆ ｉ ｔ ｇ ｈｄ Ｂ ｃｕｅｔ ｉ ｖｙ ａ ｅ ｌ ｅ ｂ ｍ ｔ ｐ ｏ ｙ ａ ａ ｃ ｉ ｍｅ ｌｂ ｗ
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图１ ｔ －ｔ ｏ ｃ 六棱 镜 ｐ ｕ
Ｆ ｇ １ ｔｐ ｃ ｔｈ ｘ ｇ ｎ ｌｐ ｉｍ ｉ ． ｏ － ｕ ｅ ａ ｏ ａ ｒ ｓ
如 ： ，３ｋ ｋ， 或者 ｋ ， ｋ ， 三 个倒 格 矢 量 。对 于 ｋ， 有 在相 同的 和入射 光 波长 情 况下 ， 倒 格 矢基 矢 大 其
对 简单 ， 易于调 节 ， 定性 高 。本文 分析 全息 干涉 的 稳 基本 原理 ． 光束 数 目、 间分布 等对 生成 的光学 晶格 空
的影 响 。计 算 机模拟 了在 一定 情况下 光学 晶格 的形
Ｎ Ⅳ
Ⅳ
…
，Ｃ ∑Ｅｅｐ 一 （ｆ ｒ ｔ ＋ ） ｆ＝ 。 ｌ ＿ 【 ｉｋ ・ —ｏ 】 ｘ ｔ
值为 １ ， 等于 ０５７ ．７ 。
如果 将 中间光 束 也 引入 到 干涉 中去 ， 由于其 波 矢方 向沿 ｚ轴 方 向 ， 生 的光 学 晶格 倒格 矢 在 三维 产 方 向上均有 分量 ， 以产 生 三 维 的光 学 晶格 。下 面 可 分析 了干涉 光为线 偏振 光情 况 下 公式 （ ） ３ 的具 体 表
（ ｅａ ｅ ａｏａ ｒ ｆ ｓｒ ｎ ｐｏｅｅｔｃＩｆｒ ａ ｏ ｅｈｏｏｙ Ｚ ｅ ｇｈｕＵ ｉ ｒ ｔ，ｈ ｎｚｏ ５０ ２ Ｃ ｉａ Ｈ ｎ ｎｋｙＬ ｂｒｔ ｙｏ ｅ ｄＯ ｔ ｌｃ ｏｍ ｔ ｎＴ ｃｎｌｇ ，ｈｎｚｏ ｎｖ ｓｙＺ ｅｇｈ ｕ ０ ５ ， ｈ ） ｏ ａ Ｌ ａ — ｉ ｒ ｎ ｉ ｅｉ ４ ｎ
・
光 子 晶体 ・
棱 镜 全 息 干 涉 法 制 作 光 子 晶体 的研 究
刘 国彬 ， 晓红 ， 大海 ， 孙 李 臧克宽
（ 郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室 ， 河南 郑州 ４ ０ ５ ） ５ ０ ２
摘
要 ： 息干 涉法 制作 光子 晶体具 有经 济 、 全 快捷 等 特 点 ， 制 作 大 面积 的光 子 晶体理 想 的方 是
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｍａ ｉ ｇ ｐ ｏｏ ｉ ｒ ｓａ ｙ ｈ ｌｇ ａ ｈ ｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅ， ｈ ｃ ｏ ｓ ｓ ｅ ｈ ｃ ｎ ｍｉ ｎ ｕ ｃ ｒ ｐ ｒｉｓ ｉ ｓｒ ｃ ： ｋｎ ｈ ｔ ｎｃ ｃ ｔ ｂ ｏ ｏ ｒ ｐ ｙ ｉ ｔｒ ｅ ｃ ｗ ｉ ｈ ｐ ｓ ｅ ｓ ｄ ｔ ｅ ｅ ｏ ｏ ｃ ａ ｄ ｑ ｉｋ ｐ ｏ ｅ ｔ ， ｙ ｌ ｅ ｅ ｓ
ｉ ａ ｔ ｎ ｔｅ ｆ ｂ ｃ ｔ ｄ ｏ ｔ ａ ａｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ． ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｄｆ ｒ ｎ ｉｄ ｆｔ ｏ ｄ ｍｅ ｓ ｎ ａ ｄ ｔ ｒｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ｍｐ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｅ ｐ ｉ ｌ ｔ ｃ ｔ ｔ ｒ ｓ Ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ， ｉ ｅ ｅ ｔ ｎ ｓｏ ｉ ｎ ｉ ｎ ｈ ｅ ｉ ｎ ｉｎ ｏ ｉ ｃ ｌ ｉ ｕ ｋ ｗ ｏ ｏ ｔ ａ ａ ｔ ｅ ｓ ｃｕ ｅ ａ ｒｃ ｔ ｄ ｂ ｅ ａ ｏ ａ ｏ — ｕ ｒｓ ｒ ｉ ｌｔ ｄ ｗｉ ｏ ｕｅ ． ｐ ｉ ｌｌｔ ｃ ｔ ｔ ｒ ｓｆ ｉａ ｅ ｙｈ ｘ ｇ ｎ ｔｐ ｃ ｔｐ ｍｓ ａ ｅ ｓｍｕ ａｅ ｔ ｃ ｍｐ ｔｒ ｃ ｉ ｕ ｒ ｂ ｌ ｉ ｈ Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｔ ａ ｔｒａ ； ｈ ｔｎ ｃ ｃ ｓａ ； ｏｏ ｒ ｐ ｙ ｉｔ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｔ ａ ａ ｔ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｐ ｉ ｌｍａｅ ｌ ｐ ｏｏ ｉ ｒ ｔ ｌ ｈ ｌｇ ａ ｈ ｎ ｅｆ ｅ ｃ ； ｐ ｉ ｌｌｔ ｃ ｃ ｉ ｙ ｅ ｃ ｉ
第４ １卷 第 １ ２期
２１ ０ １年 １ ２月
激 光 与 红 外
Ｌ Ｓ ＆ Ｉ Ｆ Ａ ＥＲ Ｎ ＲＡＲＥ Ｄ
Ｖｏ ． １， ． ２ １ ４ Ｎｏ １
Ｄｅ ｅ ｅ ， ０ １ ｃ ｍｂ ｒ ２ １
文章编号 ：０ １ ０ ８ ２ １ ） ２１７ －５ １０ － ７ （ ０ １ １—３ ３０ ５
ａ ｄ ａ ｔ ｏ ｆ ａ ｒ ａｉ ｇ ｌ ｒｅ ａｅ ｈ ｔｎ ｃ ｃ ｓ ． ｒｓ ｈ ｌ ｇ ａ ｈ ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｍｅ ｈ ｄ， ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｐ ｉ ｒｌ — ｎｉｅ ｌ ｍｅｈ ｄ ｏ ｂ ｃ ｔ ａｇ ｒ ａ ｐ ｏｏ ｉ ｒ ｔ Ｐ ｍ ｏｏ ｐ ｙ ｉｔ ｒ ｅ ｃ ｔ ｏ ａ ｈ ｅ ｕ ｓ ｅａ ｆ ｉ ｎ ｙ ａ ｉ １ ｒ ｅ