光子晶体

摘要： 太赫兹波具有良好的穿透性、低能性和宽带性,在高速空间通信、环境监测、外差探测、医学探测、无损检测和国防安全等领域具有重要的应用前景。波导传输技术和功能器件是太赫兹系统不可或缺的重要组成部分,太赫兹波导的性能决定了太赫兹系统的信号传输效率和集成度,引起人们的研究兴趣。近年来,太赫兹波导的发展取得了长足的进步,从普通的金属空心波导到金属线波导、介质光纤,再到最近的人工表面等离激元波导、石墨烯、铌酸锂等新型波导,它们展现出了各自的优势,令人振奋。该综述全面介绍了太赫兹波导领域的发展及研究近况,并对其未来应用进行了展望。

摘要： 对于卫星亚毫米波甚至太赫兹收发通信系统而言,由铁磁性器件构成的环行器和隔离器是实现功率隔离、保护发射通道不受反射功率影响的关键元器件。文章基于周期性光子晶体阵列,提出一种具有良好平面集成性的新型太赫兹环行器构型;并针对星载环境的电子辐照问题,采用典型能量电子辐照分析光子晶体Si的内带电特性、环行器整体电位以及局部电场分布特性。仿真结果表明,该环行器中心频率为205 GHz时,可在3 GHz带宽内实现电磁波定向不可逆传输的电性能,带内插入损耗小于0.5 dB,且受电子辐照带电的影响较小,在卫星高集成高密度太赫兹系统中具有较大的应用潜力。

摘要： 为快速制备兼顾结构色效果和结构稳定性的光子晶体生色结构,提出了一种采用填充法制备复合光子晶体的方法。先将聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)(P(St-MAA))胶体微球预组装液喷涂于涤纶基材上制备光子晶体,再利用水性聚氨酯(WPU)对P(St-MAA)光子晶体上进行二次喷涂,最终得到P(St-MAA)/WPU复合光子晶体。探究WPU质量分数对光子晶体排列、结构色效果、结构稳定性的影响,并分析P(St-MAA)/WPU复合光子晶体的光学性能。结果表明:喷涂WPU不会破坏光子晶体原有的规整排列,其会优先渗入P(St-MAA)微球间的缝隙中,逐渐替代原光子晶体内中的空气,最终实现对P(St-MAA)微球的包裹;WPU的填充使得P(St-MAA)/WPU复合光子晶体的平均折射率增加,结构色色相产生红移现象;P(St-MAA)/WPU复合光子晶体的结构稳定性高于P(St-MAA)光子晶体,且WPU的质量分数越大,稳定性改善程度越明显;喷涂WPU后所得的复合光子晶体结构仍呈现出良好的结构色效果且虹彩效应明显。研究结果为在纺织基材上快速制备兼具鲜艳结构色和稳定结构的光子晶体提供了简便方法,可推动光子晶体生色结构的实际应用。

摘要： 结构色是通过微纳米结构与可见光的相互作用产生的颜色,也称为物理色。结构色与化学色的产生机理完全不同,颜色性质也有显著区别,其实质是物体自身的特殊周期性结构与光发生衍射、干涉和散射等物理作用所产生的视觉效果。目前,纺织品着色的主要途径是通过在纤维、纺织物上接枝或施加染料及颜料等有色物质,即化学着色。为了克服传统染料光牢度差及带来的环境问题,人们致力于利用颜色性能优异的结构色替代传统的有机染料应用于纺织印染领域。文中综述了结构色的产生原理、结构生色材料的制备与组装方法,以及国内外最新的用于纺织印染结构生色材料的研究进展。最后对该领域未来的研究方向进行了分析,指出存在的关键问题,以促进结构生色材料在纺织领域的拓展应用。

摘要： 提出了一种基于光子晶体电光调制和波分复用的集成器件。该集成器件的电光调制器模块和波分复用器模块均采用一维光子晶体纳米梁腔结构。利用三维时域有限差分法进行仿真。结果表明,该器件可实现工作波长为1550.4 nm和1553.6 nm的电光调制和波分复用功能。该器件在工作波长1550.4 nm和1553.6 nm下的插入损耗分别为0.89 dB和0.40 dB,消光比分别为17.13 dB和22.52 dB,调制深度分别为0.98和0.99,信道串扰分别为-24.20 dB和-23.37 dB,器件尺寸仅为71.34μm×7.8μm×0.22μm。该集成器件结构紧凑,易于集成,可望应用于光互连网络和数据中心。

摘要： 拓扑光子学逐步成为重要的物理光学原理和方法,其光场调控的新颖方式引起了人们极大的兴趣。近年来人们借助拓扑光子学理论,采用光子晶体、超构表面等一类人工亚波长光学超结构,提出并实现了微波波段或光波段的宽带单向传输、抗散射传输等新奇光学现象。根据拓扑光子学的发展历程,简要回顾了基于类量子霍尔、类量子自旋霍尔、类量子能谷霍尔等类量子效应光子晶体的拓扑物理特性和设计方法。进一步,分析了拓扑光子晶体在微纳集成光子与光量子器件方面的潜在应用。未来,随着人们对超结构的物理原理、光电设计、制备工艺、封装测试等研究的不断深入,超构光子学将成为新一代信息技术领域的重要组成部分,并有望在硅光电子学、集成电路、微光学技术、显微成像、光量子计算、量子精密测量等基础与应用领域,产生积极深远的影响。

摘要： 基于硅介质柱型光子晶体,采用时域有限差分方法(FDTD),探究高斯光束在光子晶体界面的逆古斯汉欣(GH)位移。通过在光子晶体下表面添加硅透镜,研究高斯光束的入射角度、硅透镜的曲率半径以及温度对光子晶体逆GH位移的影响。研究结果表明,发生最大逆GH位移的角度大于几何理想全反射角。添加焦点位于光子晶体表面中心的硅透镜可以使逆GH位移显著增强,且当硅透镜的曲率半径为170时,逆GH位移增大为不加透镜时的1.7倍。研究不同入射角度下温度对光子晶体的逆GH位移的影响发现,当高斯光束的入射角为26º时,逆GH位移随着温度的变化最大且线性度较好,便于温度监测。

摘要： 太阳电池的光电转换效率随着组件温度升高而降低,适当冷却可以改善电池效率,延长使用寿命,因此人们对运行中太阳电池的冷却问题越来越关注。相比主动冷却,太阳电池的被动冷却具有自我维持和无额外能耗等优势,近年来被广泛研究。其中基于光谱选择的被动冷却主要包括两个方面:一是选择性地屏蔽太阳辐射(0.3~2.5μm)中的亚带隙光,减小吸收热,但保持光电响应波段光的高透射率;二是提高光伏表面中红外波段(4~25μm)的发射率,提升寄生热的辐射散热能力。本文从光谱选择的角度出发,对促进太阳电池降温的太阳光谱选择、辐射制冷及全光谱选择的材料和结构进行了归纳和总结。通过刻蚀、溅射、辊涂等方法在玻璃表面制备的光谱选择材料可以屏蔽太阳光谱中不激发光电效应的波段,增强中红外辐射制冷能力,从而有效降低光伏温度和提高光电转换效率。此外,文章还对被动式制冷材料的产业化潜力进行了展望,为相关的开发提供参考。

摘要： 为在涤纶织物上达到有效的增深效果,缓解染色带来的环境压力,运用结构生色原理在织物上构建光子晶体膜,再配合有机硅类增深剂,借助无机-有机的复合作用,达到稳定有效的增深效果。首先制备粒径均匀合适的二氧化硅(SiO_(2))纳米颗粒,并通过垂直自组装的方式使其在织物上形成均匀的光子晶体膜,达到初步增深效果;再通过轧压将有机硅类增深剂覆盖在处理后的织物上,得到复合、稳定的增深效果。结果表明,控制SiO_(2)纳米颗粒粒径大小可以在织物上形成一层能够反射特定波长光的光子晶体薄膜,产生的结构色可以增加相应颜色的织物色深,但是色牢度不佳;在处理后的织物上覆盖有机硅类增深剂可以达到复合、稳定的增深效果。

摘要： 为解决传统染料高污染、高能耗等问题,实现无污染的全可见光谱结构色的制备,采用基于Stöber法的溶剂调控法合成了3种不同粒径(320、240和200 nm)的SiO_(2)纳米颗粒(SNPs),3种粒径的SNPs分别制备出了红色、绿色和紫色SiO_(2)光子晶体(PC)薄膜,然后通过改变2种粒径SNPs的质量比制备了能够覆盖全可见光谱的结构色PC薄膜。结果表明:当较小尺寸SNPs的比例增加时,PC膜的结构色发生蓝移,另外由2种粒径SNPs组成的PC薄膜显示出低角度依赖性的结构色,这是由其非晶光子晶体(APC)结构所造成的,传统全可见光谱结构色的获取需要合成一系列粒径的微球,这种方法与传统制备方法相比更简单、更快速,可作为颜料和涂料对不同的基材染色。

摘要： 探讨了利用光子晶体的能带调控，拓扑光子单向传输，谷自旋与谷光子自旋霍尔效应，光学赝自旋和光学量子自旋霍尔效应。

摘要： 具有智能响应的光子晶体微球(PCs)通过对外界刺激的响应,实现对环境变化的检测.本文设计并制备了反蛋白石结构的水凝胶光子晶体微球阵列(CCAs),结合分子印迹技术(MIT),在水凝胶基体与甲基膦酸(MPA)之间构建非共价键,可实现反蛋白石结构水凝胶微球对MPA的特异性识别,并且通过水凝胶微球结构色改变的程度半定量检测MPA浓度,实现对有机磷农药浓度的色度监控.研究中通过紫外分光光度计和荧光分光光度计对MPA和水凝胶基体的作用进行了研究,利用光纤光谱和扫描电镜对反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球的光学特性和微观结构进行了研究,为光子晶体的色度监控提出了新思路.

摘要： 制备基于蚕丝蛋白(SF)反蛋白石光子晶体,观察荧光素罗丹明6G(R6G)在不同环境因素刺激下的反应特性,并试图将SF光子晶体应用于环境刺激和某些生物小分子的检测，为此类传感器提供新的技术。首先采用提拉法制备聚苯乙烯(PS)蛋白石光子晶体模板,通过向模板中灌入蚕丝蛋白和R6G混合溶液干燥形成薄膜,再除去PS模板,得到蚕丝蛋白反蛋白石光子晶体。荧光强度和蚕丝光子晶体层数呈现线性增加关系，和荧光素浓度呈正比。SF光子晶体对环境刺激和生物小分子的荧光特性即将开展工作。

摘要： 论文主要介绍了利用微波光子晶体平台对狄拉克点处的光子输运行为展开的实验和仿真研究.利用氧化铝陶瓷柱,分别构造了蜂窝晶格光子晶体和正方晶格光子晶体实验样品,研究了两者在各自的狄拉克点和类狄拉克点处透射率随实验样品长度的变化关系.分析表明,该处频率的透过率和样品长度的乘积基本保持不变,即透过率与长度成反比关系.该结果证明了狄拉克点和类狄拉克点处存在赝扩散现象.微波实验结果和仿真结果相一致,表明了该平台的可靠性.

摘要： 富勒烯液晶材料能够结合富勒烯本身优异的物理化学性质以及液晶的自组织特性,因而引起研究者们的关注.本文介绍了一类新型的富勒烯超分子液晶的制备及其作为填充材料在光子晶体中的应用研究.设计、合成的分子结构中一端为富勒烯单元,另一端为端基烷基取代的没食子酸单元,中间以柔性间隔基连接.由于富勒烯单元与烷基链的不相容性，导致分子发生自组织形成具有纳米厚度的二维片状晶体。该二维片状晶体通过无规堆叠形成超分子液晶，为近晶相。在片状结构中，富勒烯分子在与层面平行方向形成四方排列，在垂直方向形成三层的面心正交排列。其中，位于第二层的富勒烯分子处于第一层富勒烯四方排列的孔隙上方。通过热分析、偏光显微镜、广角XRD、小角XRD、二维XRD、透射电子显微镜、电子衍射和原子力显微镜等方法系统研究了超分子液晶的多层次结构。该类液晶分子中富勒烯的含量高，因而可以作为光子晶体的填充材料制备折射率对比度高的光子晶体。通过光纤光谱测试表明，该类液晶分子填充到二氧化硅蛋白石结构的空隙中后，反射峰发生明显的红移。

摘要： 响应性光子晶体是一种可以控制和改变光传播的光学材料,这类材料因其在防伪、生物化学传感器、光子墨水以及光电显示等领域的应用潜力受到了广泛的研究.液晶材料由于具有独特的光学性能以及外场敏感性,在应用和基础研究领域一直是人们研究的热点.其中,液晶中的胆甾相液晶和蓝相液晶作为一维和三维的光子材料而受到人们的广泛关注.另外，基于液晶分子(特别是向列相液晶)排列对温度、电场、光及磁场等外界刺激所具有的敏感性，将液晶分子与其它光子晶体复合可制备液晶/光子晶体复合材料，便可以利用外场刺激来调控复合光子材料的光学性能。之前的研究报道多集中在利用小分子液晶对光子晶体的光子带隙进行调控。 最近，开展了一系列基于液晶弹性/液晶网络聚合物的复合光子薄膜的组装及调控的研究。1)将三维二氧化硅蛋白石光子晶体与液晶弹性体相结合，制备出了外观形状和光子带隙均可以通过改变温度进行可逆调控的二氧化硅蛋白石光子晶体/液晶弹性体复合光子材料;2)采用分步紫外光照聚合法，同时外加电场对光子晶体晶面间距的调控作用，制备出了具有双结构色图案化的液晶弹性体反蛋白石光子晶体薄膜，并且通过改变温度可以对薄膜的结构色进行可逆的调控。3)以二氧化硅蛋白石为模板制备了具有热调控形状记忆效应的液晶网络聚合物复合光子薄膜。在报告中将对上述复合光子体系的制备、调控及响应机理进行详细的阐释。

摘要： 光子晶体材料是一种具有周期性微结构的新型材料,该材料可用来制造选择性光电设备和光学纤维材料等.三维光子晶体的周期性结构不仅影响材料的光学性能,而且材料的摩擦学等力学方面性能也起到决定性作用.为使材料在集成工艺或不同工作条件下保持良好的摩擦学性能,对光子晶体性能的预测和研究则至关重要.本文利用有限元(FEM)方法和微观力学理论相结合的方法进行研究光子晶体材料的力学性能如材料杨氏模量等.分析研究球状压头压入材料过程中的压头与光子晶体材料摩擦接触行为表征,进而反应光子晶体材料多相材料周期性微结构参数对其力学性能的影响.研究表明,由于周期性微结构的影响,光子晶体材料表现出完全不同于实体材料的力学性能,孔隙率对光子晶体材料力学性能有显著影响.

摘要： 增强上转换荧光对于上转换材料在信息记录与编码应用方面具有重要作用.本文设计并制备了一种荧光复合材料,该材料通过将上转换纳米粒子与光子晶体复合,增强可见光波段荧光强度,并实现多重信息编码.研究中通过透射电镜和荧光光谱表征了上转换纳米粒子的形貌和光学性质,利用扫描电镜和光纤光谱研究了光子晶体的微观结构和光学特性,采用扫描电镜和荧光光谱对该复合材料的结构和光学性质进行论证,该研究为上转换材料在信息记录和防伪方面的应用提供了新的思路.

摘要： 研究并提出了在可见光波长范围内的表面等离激元波导吸收器.通过在金属-电介质-金属等离子体波导中央嵌入光子晶体异质结构设计出单向吸收器.对处于带隙范围内正向入射的电磁波,当表面阻抗条件匹配时产生光学Tamm态,其吸收率高达0.996.等离子体波导结构的几何非对称性导致不同入射方向的吸收效果不同.通过调整构成光子晶体的几何参数和电介质材料,可实现对吸收峰波长的调节.所提出的单向表面等离激元吸收器可在光学集成电路及太阳能电池等领域有潜在的应用.

摘要： 本文阐述了光子晶体在光电领域的应用，一维光子晶体：镀膜法、喷溅涂膜法、物理、化学气相沉积。二、三维光子晶体：传统机械加工法、逐层叠加法、半导体工艺、胶体自组装法。介绍了金属纳米颗粒、电介质颗粒、减反膜、表面织构化的几何光学原理，光子晶体和光栅的波动光学原理。

摘要： 本发明公开了一种三维三角光子晶体、四方光子晶体、五角光子准晶的晶格周期及排列规则的控制方法，所述装置包括：空间滤波器、第一透镜、多光楔棱镜、铌酸锂晶体、光阑、第二透镜、CCD相机。本发明可以实现人为操控这类光子晶体的产生，获得想要的任意周期、特殊子点阵的三维光子晶体，进而获得想要的任意结构的光子晶体能带。本发明还首次提出了通过调节透镜的直径调节宽直径平行光束的尺寸，并通过调节多光楔棱镜中心孔的尺寸，以改变三维光子晶体面积的路径。

摘要： 本发明提出了一种三维光子晶体晶格周期及排列规则的控制方法，包括以下步骤：步骤一：宽直径平行光束经过多光楔棱镜的光楔后偏转，宽直径平行光束的中心部分经过多光楔棱镜的中心孔后不改变方向地继续前行，在干涉区域内交汇，产生干涉；步骤二：通过调节光楔顶角α，可以改变经过光楔后偏转的光束的传播方向，达到调控相干光交叠干涉形成的三维光子晶体的周期的目的；步骤三：通过调节透镜的直径可以调节宽直径平行光束的尺寸，并通过调节多光楔棱镜中心孔的尺寸，可以改变三维光子晶体的面积。本发明可以人为操控这类光子晶体的产生，获得想要的任意周期、特殊子点阵的三维光子晶体，进而获得想要的任意结构的光子晶体能带。

摘要： 本发明公开了一种基于光子晶体缺陷态模式控制的锥形光子晶体激光器，包括：一外延层的结构，该外延层的结构包含：N型衬底；N型限制层，位于N型衬底之上；完美一维光子晶体，位于N型限制层之上；有源区，位于完美一维光子晶体上；P型限制层，位于有源区之上；P型接触层，位于P型限制层之上；以及锥形结构，设置于该外延层的P面，该锥形结构包含：脊形波导部分；以及锥形波导部分，与脊形波导部分相连，实现增益；其中，完美一维光子晶体中还包含破坏该完美一维光子晶体周期性的缺陷层，有源区位于该缺陷层中。该激光器能够改善半导体激光器光束质量，提高输出功率，减小垂直方向发散角，实现稳定的垂直模式输出。

摘要： 本发明提供了一种利用图形反转制作光子晶体的方法及光子晶体，该光子晶体的制备方法包括以下步骤：提供绝缘体上硅(SOI)衬底；在所述绝缘体上硅(SOI)衬底上至少沉积一层硬掩膜层；刻蚀所述硬掩膜层，以形成第一图形；氧化所述第一图形，以减小所述第一图形的线宽；沉积介质材料，以在所述第一图形的间隙形成第二图形；刻蚀去除所述硬掩膜层；以所述第二图形为光刻掩膜刻蚀所述绝缘体上硅(SOI)衬底。采用图形反转牺牲氧化方法，减小孔洞尺寸，实现超出光刻机能力范围的光子晶体结构。

摘要： 本发明公开了一种三维三角光子晶体、四方光子晶体、五角光子准晶的晶格周期及排列规则的控制装置，所述装置包括：空间滤波器、第一透镜、多光楔棱镜、铌酸锂晶体、光阑、第二透镜、CCD相机。本发明可以实现人为操控这类光子晶体的产生，获得想要的任意周期、特殊子点阵的三维光子晶体，进而获得想要的任意结构的光子晶体能带。本发明还首次提出了通过调节透镜的直径调节宽直径平行光束的尺寸，并通过调节多光楔棱镜中心孔的尺寸，以改变三维光子晶体面积的路径。

摘要： 本发明涉及一种红外光子晶体膜的制备方法及相应的红外光子晶体膜，具体包括以下制备步骤：1)分别计算高、低折射率材料薄膜的厚度；2)制得低折射率材料溶液；3)制得高折射率材料溶液；4)旋涂高折射率材料溶液得到高折射率材料薄膜；5)清洗高折射率材料薄膜，并且旋涂低折射率溶液得到低折射率材料薄膜；6)重复上述步骤4)、5)制得多个周期的光子晶体膜；所述低折射率材料为可溶性聚合物，所述高折射率材料为可溶性硫系化合物。该方法采用简单、快捷、廉价的旋涂工艺，避免了蒸镀、磁控溅射、气相沉积等耗时长、成本高昂、难以大面积制备等缺点，旋涂的膜厚容易控制，只通过控制溶液浓度和旋速即可改变旋速进而改变光子禁带位置。

摘要： 本发明公开了一种基于液晶材料的能谷光子晶体结构，由六边形晶胞呈阵列方式排列而成，以六边形晶胞的六条边的中点为顶点构造六角星，六角星内部的液晶分子始终平行于基板，六角星外部的六个平行四边形区域内的液晶分子按照间隔排列方式分为A、B两组，A、B两组液晶分子的排列状态均为独立可调的。本发明的晶体结构中只包含液晶材料，且液晶分子的排列状态可以通过电压或激光调控，拓扑非平庸态的出现只需调控液晶分子的折射率即可实现。将拓扑特性相反的两种晶胞结构堆叠并进行阵列排列可以构造具备不同边界态的光波导，包括直线型和分别带有60°、90°、120°弯角的波导，电磁场均被完美束缚在波导中，没有明显的背向散射和能量损耗。

摘要： 本发明提供一种光子晶体光纤的拉制方法及光子晶体光纤，其中，光子晶体光纤的拉制方法包括：根据光子晶体光纤的结构准备拉制材料；基于拉制材料制备预制棒，并对预制棒进行拉制；基于拉制材料制备空气套管，并对空气套管进行拉制；将拉制后的空气套管套设于拉制后的预制棒，得到初始光子晶体光纤；对初始光子晶体光纤进行拉制，得到光子晶体光纤。本发明分阶段拉制预制棒和空气套管，再将拉制后的预制棒和空气套管进行组合拉制，使得拉制过程中的各项工艺参数能够得到精确的控制，增加了PCF在生产过程中的稳定性和可替换性，同时在稳定的温度、气压和拉制速度的情况下，拉制出的PCF的径向均匀度更好。

摘要： 本发明涉及一种光子晶体光纤(PCF)、PCF的制备方法以及包括这种PCF的超连续谱光源。PCF具有纵轴并且包括沿所述纵轴的长度延伸的芯和围绕所述芯的包层区域。至少所述包层区域包括多个在至少微结构长度部分中的以沿着所述PCF的纵轴延伸的内含物形式的微结构。在所述微结构长度部分的至少抗劣化长度部分中，PCF包含氢和/或氘。在至少所述抗劣化长度部分中，所述PCF还包括围绕所述包层区域的主涂层，该主涂层在低于Th的温度下不透氢和/或氘，其中Th为至少约50°C，优选地，50°CTh250°C。

摘要： 本发明涉及一种光子晶体光纤(PCF)、PCF的制备方法以及包括这种PCF的超连续谱光源。PCF具有纵轴并且包括沿所述纵轴的长度延伸的芯和围绕所述芯的包层区域。至少所述包层区域包括多个在至少微结构长度部分中的以沿着所述PCF的纵轴延伸的内含物形式的微结构。在所述微结构长度部分的至少抗劣化长度部分中，PCF包含氢和/或氘。在至少所述抗劣化长度部分中，所述PCF还包括围绕所述包层区域的主涂层，该主涂层在低于Th的温度下不透氢和/或氘，其中Th为至少约50°C，优选地，50°CTh250°C。