亚波长结构和光子晶体课件.ppt

1、第六章 亚波长结构和光子晶体概述 按照光栅结构与波长的关系，可分为三种：亚波长结构亚波长结构减反结构（减反结构（10.6 m）多层膜系 光学微结构应用：减反，偏振等特点：结构周期 70%科学1998 Best bets衰老、对付生化武器、光子晶体、吸热池、哮喘治疗、全球气候走向科学1999 Runners-up半导体光子晶体半导体光子晶体1930年代 电子能带论（电子带隙）1987年 光子能带（光子带隙）1948年 发明晶体管1991年 实验验证1990年代 原型器件 1958年 发明集成电路目前 探索集成光路1960年代以后 微电子革命21世纪 光子技术革命光半导体未来的半导体NobelNo

2、belNobel?国际上激烈竞争基于光子晶体的光子集成线路计划基于蛋白石结构的光子晶体波长尺度的通讯用光子部件超快光子学计划重组天线计划DARPADARPA可调光子晶体计划毫米和亚毫米波段的集成天线技术日美欧对国民经济科技发展的影响光通讯微波通讯光子集成对地观测光电子集成地下资源探测人工带隙材料光子芯片光学系统小型化特种声源无阈值激光器发展动态1987，美国Bell实验室的E.Yablonovitch，Princeton大学的S.John提出光子晶体概念。1990，美国Iowa州立大学K.M.Ho计算验证金刚石存在光子晶体；1991,E.Yablonovitch自己制作了第一个具有全方位光子带

3、隙结构（10-13 GHz）,首次在微波波段试验验证了光子禁带的存在。在1991年，Yablonovich制作了第一块光子晶体。他所采用的方法是在折射率为3.6的材料上用机械方法钻出许多直径为1mm的孔，并呈周期性分布。这种材料从此被称为“Yablonovich”，它可阻止里面的微波从任何方向传播出去。研究动态目前仍然处于基础研究阶段，包括周期性微结构及其缺陷的制备技术，光子晶体及其缺陷控制电磁波产生，传播的物理机理，以及光子晶体与器件的测试与表征及其应用原理探索。周期结构中的电磁波理论以及性能仿真手段相对成熟；微波波段光子晶体相对成熟；挑战：光波波段光子晶体的加工制备及其测试表征。红外及可见

4、光波段：应用领域：光通信，光信息处理，光传感和控制等；红外探测器光子晶体探测头(1998,Sandia国家实验室)；光子晶体反射镜，光子晶体光纤(MIT,Bath大学，1999）光子晶体波分复用器件(英国St.Androws大学，2002)人工蛋白石微球产生宽可见光带隙(英国Glasgow大学)微波波段光子晶体微波波段光子晶体1993年，美国研制反射率接近的光子晶体偶极子天线；1996-1999年，光子晶体微带贴片天线，抑制谐振模式，消除表面波影响，提高天线效率；1999年，Conexant国际公司研制成功光子晶体人体防护天线。1996-1999年，光子晶体微带传输线，宽带放大器，滤波器等怎样

5、理解复杂的系统光子晶体的应用 1.光子晶体光纤（PCF）分类分类:实心光纤实心光纤和空心光纤空心光纤 实心光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律实心光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律排列在石英玻璃排列在石英玻璃棒棒周围的光纤周围的光纤 空心光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律空心光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律排列在石英玻璃排列在石英玻璃管管周围的光纤周围的光纤 PCF导光机理可以分为两类：折射率导光机理折射率导光机理 光子能隙导光机理光子能隙导光机理这里主要讲一下光子能隙导光机理：在理论上,求解电磁波(光波)在光子晶体中的本征方程即可导出实芯和空芯PCF 的传导条件,其结果就是光子能隙导光理论。

6、空芯空芯PCF的光子能隙传光机理的具体解释是：的光子能隙传光机理的具体解释是：利用包层对一定波长的光形成光子能隙，光波利用包层对一定波长的光形成光子能隙，光波只能在空气芯形成的缺陷中存在和传播。包层中的只能在空气芯形成的缺陷中存在和传播。包层中的小孔点阵结构像一面镜子，使光在许多的空气小孔小孔点阵结构像一面镜子，使光在许多的空气小孔和石英玻璃界面多次发生反射。和石英玻璃界面多次发生反射。光子晶体光纤（光子晶体光纤（PCF）的特性）的特性：(1)无截止单模无截止单模(Endlessly Single Mode)(2)不同寻常的色度色散不同寻常的色度色散(3)极好的非线性效应极好的非线性效应(4)优良的双折射效应优良的双折射效应 光子晶体集成光路6.3 制作技术 叠层制作胶体沉积