多光纤全息干涉法制作光子晶体
光子晶体的一些制备方法
光子晶体的一些制备方法精密机械加工法，半导体微纳米制造法，胶体晶体自组装法，反蛋白石结构法，液晶全息法。
制作三维光子晶体的方法最简单的是层层堆积法即把许多片状的二维周期性结构叠加成三维光子晶体基本组成单元是一维介电柱。
这种方法是E.Ozbay等人提出来的。
这种结构被称为“木柴垛结构” 像堆积木一样先堆好一层再按一定规则堆第二层依次堆下去最后得到一定结构的三维光子晶体。
其中每一层的一维介质柱都平行排列相互间距为a;第二层介质柱与第一层介质柱夹角为90;单数层的排列是一样的双数层的排列是一样的但是第三层与第一层位移差了a/2;第四层和第二层也也位移了a/2;第五层与第一层继续重复。
实验上第一次用氧化铝做出了这种结构光子带隙在12-14GHz波段。
这种三维光子晶体是具有面心四面对称性的全方位光子带隙其相邻两层有60到90度的角度变化。
可以用离子束刻蚀、分子束外延以及气相沉积等手段来实现。
原则上这种层层堆积方法来制造三维光子晶体很可行但是这种方法制作也有它的缺点工艺繁琐所以不适用大规模生产成本也很高。
当光子晶体结构的周期降到亚微米后会受到现有半导体工艺技术的限制所以用这种制备法来制作光学波段的三维光子晶体挑战还是很大的。
激光全息干涉法是利用了激光在光阻掩模板上刻蚀的方法。
它是利用多光栅光束同步激光在空间产生很好的周期性周期长度可以调节。
这种方法刻蚀面积大能产生三维的空间周期结构。
Berger等首次应用三个光栅的激光在硅片上形成了二维的六角周期结构光子晶体。
I.B.Divliansky应用激光干涉法制备出三维光子晶体。
2001年Kondo等人研制出制作光子晶体的一套适合多束激光脉冲干涉的光学装置该装置可随意地改变干涉光束数而制做出一、二、三维光子晶体。
总之利用多束激光干涉法很容易制备大面积且具有一定厚度的三维光子晶体这是其他方法不容易做到的。
这样可以使周期性干涉图样和相干激光的波长在数量级保持一致同时改变激光光束的传播方向、偏振和数量使三维形状的尺寸和结构发生变化从而得到各不同的对称结构。
光子晶体制备技术和应用研究进展
光子晶体制备技术和应用研究进展一、本文概述光子晶体，也称为光子带隙材料，是一种具有周期性折射率变化的介质结构，其独特的性质使得光在其中传播时受到调制，类似于电子在晶体中的行为。
因此，光子晶体被视为控制光传播行为的重要工具，具有广阔的应用前景。
随着科学技术的飞速发展，光子晶体的制备技术和应用研究进展日新月异，对推动光子学、光学、材料科学等多个领域的发展起到了重要的推动作用。
本文旨在全面概述光子晶体的制备技术和应用研究进展。
我们将回顾光子晶体的基本概念和特性，阐述其在光学领域的重要性和独特性。
然后，我们将详细介绍各种光子晶体的制备技术，包括微球自组装、激光全息干涉、胶体晶体模板法等，并分析其优缺点。
在此基础上，我们将探讨光子晶体在光子器件、传感器、显示器、太阳能电池等领域的应用研究进展，并展望其未来的发展趋势。
我们将总结当前光子晶体研究的挑战和前景，以期为该领域的研究者提供有益的参考和启示。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解光子晶体制备技术和应用研究进展的平台，促进相关领域的交流和合作，推动光子晶体技术的进一步发展和应用。
二、光子晶体的制备技术光子晶体的制备技术是实现其独特光学性质和应用的关键。
随着科技的不断进步，光子晶体的制备方法也在持续创新和发展。
目前，主要的制备技术包括微球自组装法、模板法、全息光刻法、激光直写法和溶胶-凝胶法等。
微球自组装法：这是一种基于胶体微球自组装原理的制备方法。
通过精确控制微球的尺寸和排列，可以在溶液中形成有序的三维结构，进而制备出具有特定光学性质的光子晶体。
该方法操作简单，成本低廉，但制备的光子晶体尺寸和形貌控制精度有限。
模板法：模板法是利用已有的模板结构，通过填充、沉积或刻蚀等方式，在模板表面或内部形成光子晶体结构。
这种方法可以实现复杂形状和结构的光子晶体制备，但模板的制作成本较高，且制备过程相对复杂。
全息光刻法：全息光刻法利用干涉光场的空间调制作用，在光刻胶或其他光敏材料中形成三维周期结构，进而制备出光子晶体。
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
光子晶体的制备和应用研究进展
光子晶体的制备和应用研究进展一、本文概述光子晶体，也称为光子带隙材料，是一种具有周期性折射率变化的介质结构，其独特的性质使得光波在其中传播时受到调制，类似于电子在晶体中的行为。
自二十世纪末光子晶体概念提出以来，其制备技术和应用研究便成为了科学研究的热点。
本文旨在概述光子晶体的制备方法以及在不同领域中的应用研究进展，以期对光子晶体的未来发展提供全面的视角和深入的理解。
我们将对光子晶体的基本概念和特性进行简要介绍，以便为后续的研究进展提供理论基础。
随后，我们将重点综述目前光子晶体的主要制备方法，包括胶体自组装法、激光全息干涉法、逐层堆积法等，并探讨各种方法的优缺点及其适用范围。
在应用研究方面，我们将关注光子晶体在光子器件、光通信、太阳能电池、传感器以及生物医学等领域的应用进展。
我们将详细分析这些应用背后的原理、技术实现以及取得的成果，并对未来的发展趋势进行展望。
我们将对光子晶体的研究现状进行总结，并指出当前面临的挑战和未来的发展方向。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解光子晶体制备和应用研究的平台，推动光子晶体在科学技术和工业领域的进一步发展。
二、光子晶体的制备技术光子晶体的制备技术自其概念提出以来，经历了长足的发展和进步。
光子晶体的制备技术主要分为两大类：自上而下（Top-down）和自下而上（Bottom-up）的方法。
自上而下法主要包括机械加工、微影术和激光刻蚀等。
这些方法通常用于制造具有周期性结构的三维光子晶体。
机械加工方法可以通过精确控制机械力，如研磨、切割和雕刻等，来创建具有特定周期性结构的光子晶体。
微影术则利用光化学反应在基材上生成特定的图案，然后通过化学或物理手段进行蚀刻，从而制作出光子晶体。
激光刻蚀则使用激光束直接对材料进行刻蚀，形成光子晶体。
这些方法的主要优点是制造精度高，可以大规模生产，但设备成本较高，且难以制备出具有复杂结构和精细调控的光子晶体。
自下而上法则主要包括胶体自组装、溶胶-凝胶法、气相沉积和生物模板法等。
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。
多光纤点光源干涉法制作光子晶体的研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ． ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ｌ ａ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｆ ｏ ｕ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｆ ｖ ｅ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆｅ ｒ ｉ ｒ ｎ ｇ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ．Ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｌ ａ ｂ ｅ ａ ｍ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｉ ｓ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｌ ａ ｂ ｅ ａ ｍ ｏ ｎ ｌ ｙ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｓ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｆｆ ａ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｔ ｔ ｉ ｃ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ．Ａｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ ， ｂ ｙ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｎｄ ａ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ， ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｒｅ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ．Ｆ ｕ ｒ —
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。
光子晶体光纤的制备与应用
光子晶体光纤的制备与应用随着信息技术的不断进步，对于光通信领域的研究也越来越深入。
而在光学通信中，光纤起到了至关重要的作用，然而，传统的光纤略显单调。
因此，科研人员们又开始寻找新的光纤材料，其中，光子晶体光纤被认为是最具有潜力的新光纤材料。
光子晶体光纤的制备光子晶体光纤是一种新型的光导材料，其中包含了空气和玻璃两种材料。
光子晶体由于其结构具有带隙效应（能量隙），因此它能够将光能够束缚在其中，从而形成光波导。
与传统的光纤材料不同，光子晶体光纤的表面是需要精确控制的，因为它们的结构是有序的，其中的控制尺寸的缺陷锁定了光子在其中的传播路径，因此具有更高的光传输效率，且能够将波长的选择性强制约束在更窄的区域之内。
在光子晶体的制备中，首先需要确定其结构，这样有助于确定制备过程中所需要的材料和技术。
除此之外，光子晶体中的结构是需要全息光阻控制技术来保证其制备质量和形貌的。
最终制备出的光子晶体光纤极具有光学性质，因此极具潜力。
光子晶体光纤的应用对于光子晶体光纤，它在不同应用场景下能够发挥出不同的作用。
具体而言，光子晶体光纤的应用有以下几个方面：1.传感：光子晶体光纤能够用于传感器中，通过其光学结构可以感知光的强度、波长以及光的方向等信息，从而实现温度、压力、湿度等物理或化学量的测量。
2.激光：光子晶体光纤还可以作为纳秒脉冲激光器的中心材料用于激光加工等领域。
光子晶体光纤和其他的激光产生材料相比，具有更高的激光输出功率，更长的寿命和更大的波长范围。
3.光子晶体光纤传输线：光子晶体光纤可以用作长距离信号传输的媒介，它在传输行程中能够减少光信号的损失，同时也可以帮助用户在一定的范围内扩展传递的信号。
4.光纤光栅：光子晶体光纤可以用于光纤光栅的制作，光纤光栅是通常用于传感和滤波的一种传感器，能够运用其制作材料的反射光线频率信息进行信号检测。
因此，可见光子晶体光纤在不少领域有广泛的应用。
虽然其制备和生产工艺较为复杂，但是其高的光学质量和光学性能的同时也表明了它具有广阔的研究和应用前景。
一种光子晶体光纤耦合器的制作方法
一种光子晶体光纤耦合器的制作方法引言：光子晶体光纤耦合器是一种用于将光信号从一个光纤传输到另一个光纤的重要器件。
它具有高耦合效率、低损耗和宽带特性等优点，在光通信和光传感等领域有着广泛的应用。
本文将介绍一种制作光子晶体光纤耦合器的方法。
一、材料准备制作光子晶体光纤耦合器的首要任务是准备所需的材料。
这些材料包括光纤、光子晶体材料、聚合物和金属等。
1. 光纤：选择具有良好传输特性的光纤作为基础材料。
常用的光纤有单模光纤和多模光纤，根据实际需求选择合适的光纤类型。
2. 光子晶体材料：光子晶体是由周期性的折射率变化构成的材料，具有光子禁带特性。
根据需要选择合适的光子晶体材料，如硅、氮化硅等。
3. 聚合物：用于制备光子晶体结构的聚合物材料。
选择具有良好光学性能和可调控性的聚合物材料，如聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。
4. 金属：用于制备光子晶体光纤耦合器的金属电极。
选择导电性能好、与聚合物相容性良好的金属材料，如金、银等。
二、制备光子晶体结构1. 制备光子晶体材料：将光子晶体材料加工成所需的形状和尺寸。
可以使用光刻技术或激光加工等方法，将光子晶体材料刻蚀或削蚀成光子晶体结构。
2. 制备聚合物模板：将聚合物涂覆在光子晶体材料上，形成聚合物模板。
可以使用旋涂、喷涂或浸涂等方法，控制聚合物的厚度和均匀性。
3. 光子晶体结构的形成：通过烘烤或紫外光照射等方法，使聚合物在光子晶体材料上形成所需的结构。
烘烤过程中，聚合物会收缩并与光子晶体材料相结合，形成光子晶体结构。
三、制备光纤耦合器1. 制备光纤端面：对光纤进行切割和打磨，使其端面光滑平整。
可以使用切割机和研磨机等设备，控制切割和打磨的精度。
2. 光纤固定：将光纤端面与光子晶体结构相对接，并使用适当的胶水或粘合剂固定光纤。
确保光纤与光子晶体结构的贴合度和稳定性。
3. 金属电极制备：在光子晶体结构上制备金属电极，用于光纤耦合器的驱动和控制。
可以使用光刻技术和蒸镀技术等方法，制备金属电极。
光子晶体制备与性质
光子晶体制备与性质光子晶体（Photonic Crystal）是一种具有周期性结构的半导体材料，通过在材料中形成周期性的介质常数分布，实现对光的调控和控制。
由于其具有较强的光学响应、光学带隙现象，使其在信息通信、太阳能电池、传感器、显示器等领域有着广泛的应用。
本文将介绍光子晶体的制备方法及其性质。
一、光子晶体的制备方法目前，制备光子晶体的方法有：自组装法、光刻法、溶胶-凝胶法等。
1.自组装法自组装法是指利用均匀分布的粒子进行组装，利用自身的相互作用，形成有序的周期性结构。
在自组装法中，可以通过选择不同形状、大小、性质的粒子，得到不同类型、大小、空间阵列的光子晶体。
2.光刻法光刻法是采用类似于电子束直写的技术，通过控制紫外光或电子束的照射区域，从而使光子晶体的单元进行精确控制。
通过控制光刻光源、预聚合物的光敏剂浓度、光照模式等参数，可以实现不同类型、大小、形态的光子晶体的制备。
3.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是利用胶体粘结机理，通过选取不同的成分、控制反应条件等，得到不同类型、大小的光子晶体。
此种方法可制备多层光子晶体，具有多种形态，应用极为广泛。
二、光子晶体的性质光子晶体的光学带隙现象是其独特性质之一，是指在材料中存在禁止带隙，使得在该频率范围内通过的光的波长范围被禁止，从而形成了光学过滤器和光学阻带器等。
1.光学带隙光学带隙是光子晶体的重要性质之一，是指在周期性结构中，材料中存在一定的频率范围，光的波长将被禁止穿过，并且在带隙外部的波长的光线可以通过材料。
光学带隙具有较强的选择性，可以实现对不同波长的光进行选择性控制。
2.全反射现象光子晶体的结构具有对光的干涉效应，将入射光束进行分散，从而实现了全反射。
全反射作为光元件的常见现象，可以实现光的指向性传输。
3.散射现象光子晶体中，存在各种形状、大小的球形或柱形的散射体，可以将散射光线引导到材料内部，使得光线能够在不同的波长上进行散射，从而实现了光的空间定向传输。
光子晶体光纤的设计与制备
光子晶体光纤的设计与制备一、前言随着通信技术不断发展和电子设备的迅猛普及，对于高速、大容量通信的需求越来越高。
在这样的需求下，光通信成为了人们重视的一种通信方式。
而光纤作为光通信的传输媒介，其性能对于通信的质量和容量有着重要的影响。
在所有的光纤中，光子晶体光纤的传输性能和实用性是目前最优秀的。
二、光子晶体光纤的概念光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，PCF）是一种特殊的光纤，其传输机理和传统光纤完全不同。
光子晶体光纤是由光子晶体结构形成的中空芯光纤，它的芯层结构由环形排列的空心高低不平规律芯柱构成，芯周围是具有光子晶体结构、由空和实组成的材料壳层。
由于光子晶体结构和光学玻璃直接交错，光场暴露在空气和光学玻璃相间的界面上，从而大大加强了光学互作用。
三、光子晶体光纤的优点1.超宽光谱范围：光子晶体光纤由于核心中存在空气，使之呈现出空传模式，从而可以在更大的光波段上运行。
2.强烈色散控制：光子晶体光纤通过调节纵向周期、芯尺寸和纹理，可实现类型、量级可控色散。
3.宽的模式场直径：光子晶体光纤芯层中芯柱的尺寸和排列规律可以随意设计，从而可以获得大范围、强度均匀的模式。
4.光纤之间的高疏密度交叉：由于光子晶体光纤的芯层和壳层被交替排列，可以实现与另一个光波导的穿越或交叉，从而提升了光纤传输的灵活性。
四、光子晶体光纤的制备方法1.拉制法光子晶体光纤的拉制方法和传统光纤相似，只是在拉丝的过程中需要控制高度精度的制备参数，包括预制的毛单丝、预制的光子晶体手段、丝芯和丝壳材料的选取等。
2.叠纸法叠纸法是通过将光子晶体的数个重叠折层固定在一起，在拉制时削减下坠力，再用手摇纤维丝杆使其缠绕。
五、光子晶体光纤的应用1.超高速光通信随着互联网的迅猛发展，对于网络的需求越来越高。
而光子晶体光纤的优异性能，使之特别适合于超高速光通信的场景。
2.光学显微技术传统的光学显微技术只能获得有限的分辨率，但是，利用光子晶体光纤的优异性能，可以制作高分辨率的成像装置，从而可以实现更加细致和准确的显微检测。
光子晶体的制备方法
光子晶体的制备方法作者：杨洋许丽萍来源：《硅谷》2012年第06期摘要：光子晶体是周期性的电介质结构，这种结构具有光子禁带，具有光子带隙是其最根本的特征。
介绍制备光子晶体的主要方法：机械打孔法、层层堆积法、胶体自组装法、激光全息干涉法。
关键词：光子晶体；光子带隙层层堆积；自组织；激光全息中图分类号：TQ文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0320034－010 引言随着科技的迅猛发展，各种晶体材料和晶体器件已广泛地应用于电子，激光、红外、超声以及其它科学技术领域。
由于信息量爆炸式地增长和器件的进一步小型化和高度集成化，当芯片达到经典尺寸的极限时，电子间会存在库仑力，受量子效应的影响很明显，电子间的相互作用力会引起能量损耗，大大降低集成电路的性能。
如果以光子作为信息的载体，对信息的传输速度会很快且携带信息量大。
光子晶体是周期性的、长程有序的电介质结构。
光子晶体在自然界中也是普遍存在的，例如蝴蝶翅膀、彩色蛋白石和深海老鼠身上的毛。
它们在不同角度反射不同波长的光。
但是在科学技术应用中，我们需要的光子晶体必须是周期性的电介质结构，而且为了得到光子带隙，就要使其介电常数和周围介质介电常数存在很大的差异，所以用于实验的光子晶体必须是人工制备的。
一般采用一种介质周期性结构和另一种介电系数不同的介质相互排列。
现在，光子晶体的制备主要借鉴硅微电子技术。
下面本文对于光子晶体的制作方法进行介绍说明。
1 机械打孔法1991年，Yablonovitch[1]第一次用机械打孔法得到微波波段的光子带隙，在砷化镓基片材料上制备出面心立方光子晶体，由于这种带隙与传播方向无关，这也首次证明了完全光子带隙的存在。
具体制作方法是在砷化镓基体表面覆盖掩模板，沿三个方向在GaAs上向里打出排列规则的空气孔，再对每个圆孔角度相差的120度，偏向35度位置三个方向打孔。
最后得到一个如图1具有完全光子带隙的三维光子晶体。
由于受刻蚀精度的限制，制备可见光和红外波段的三维光子晶体，还存在巨大的挑战。
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。
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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， 以实现不 同 可
周 期 、 同尺 寸 的大 面积光 子 晶体 的制作 。 不 关键 词 ： 息 ； 纤 ； 子 晶体 ； 全 光 光 干涉 中图分 类号 ： ４ ６ １ ０ ３ ． 文献标 识码 ： Ａ Ｄ ：０ ３ ６ ／ ． ｓ ．０ １５ ７ ．０ ２ ０ ． １ ＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ －０ ８ ２ １ ． ５ ０ ３ ｓ
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和 分束 装置 ， 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 进 光 子 晶体结 构 ， 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 并 三光 纤干 涉装 置 实现 了光子 晶体 结构 的观 察和记 录 ， 与理 论 结果进 行 比较 ， 并 实验 与理论 吻合
多 光纤 全 息 干 涉法 制 作 光 子 晶体
孙 晓红 ， 高亮 ， 王 王 尧， 郝 宇
（ 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 ４０ ５ ） ５０ ２
摘
要 ： 息干 涉法是 一种 结构简 单 、 全 快速 的光 子 晶体 制作 方 法。 多光 纤干 涉法 无需使用 扩 束
（ ｅａ ｅ ａｏａ ｒ ｆ ｓｒ ｎ ｐｏｅｅｔｃＩｆｒ ｔｎＴ ｃｎｌ ｙ Ｚ ｅｇｂｕＵ ｉ ｒ ｔ，ｈ ｎｚｏ ５０ ２ Ｃ ｉａ Ｈ ｎｎＫ ｙＬ ｂｒｔ ｙｏ ｅ ｄＯ ｔ ｌ ｒ ｎｏ ｉ ｅｈｏｏ ，ｈｎｚ ｎｖ ｓｙＺ ｅｇｈｕ４ ０ ５ ， ｈｎ ） ｏ ａ Ｌห้องสมุดไป่ตู้ａ － ｃｉ ｍａ ｏ ｇ ｏ ｅｉ
第４ ２卷 第 ５期
２１ ０ ２年 ５月
激 光 与 红 外
ＬＡＳ ＥＲ ＆ Ｉ ＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ ． ２， １ ４ Ｎｏ． ５ Ｍａ ２ ２ ｙ，０１
文 章 编 号 ：０ １５ ７ （ ０ ２ ０ － ３ －４ １０ － ８ ２ １ ） ５０ ５０ ０ ５
・
光子 晶体 ・
Ａｂｔ ｃ： ｏ ｇａｈ ｔｒ ｒｍ ｔ ｉ ｐｅ ｆ ｔ ｔ ｄ ｔ ｍａｅｐｏｏｉ ｃ ｓ ｌ Ｐ Ｃ ） Ｍ ｌ－ｂｒｉｔ － ｓｒ ｔＨ ｌ ｒｐ ｉ ｉ ｅｆ ｏ ｅ ｙｉ ａｓ ｌ，ａ ｈ ｏ ｋ ｈｔｎ ｒ ｔ ｓ（ ｈ ｓ ． ｕｔｆ ｅ ｎｅ ａ ｏ ｃｎ ｅ ｒ ｓ ｍ ｓ ｍｅ ｏ ｃ ｙ ａ ｉ ｉ ｒ
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