[发明专利]一种各向同性全空间禁带光子晶体制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全空间光子晶体，属于光电子技术领域。

背景技术

光子产业中存在着一种基础的材料——光子晶体，光子晶体的研究不仅仅是光通讯领域内的问题，同时它对其他相关产业也将产生巨大的影响。自从1987年Yablonowitch和John分别独立地提出了光子晶体和光子禁带的概念以来，光子晶体就成为国内外都受到极大重视的热点课题，在光学物理、凝聚态物理、电磁波、信息技术等领域引起了人们广泛的关注。在这短短二十年里，光子晶体在理论研究和实验研究方面都取得了显著的成果，并且在某些领域也有了一定的应用，比如光子晶体光集成回路、光子晶体光波导、光子晶体滤波器等。但这毕竟是一种全新的概念，对它的研究还不够深入和广泛，其很多特性还没有得到很好的应用，有必要开展进一步的研究，尤其是在可见光波段全向禁带的实现与展宽方面。而光子晶体三维全空间禁带的获得是光子晶体诸多应用得以实现的前提，因此，三维全空间禁带的实现及其制备技术更是受到人们的广泛关注，并一直是光子晶体领域理论、实验和应用研究所关注的热点。

为了实现全空间禁带，人们把注意力主要投在寻找特殊材料(如大折射率对比材料、磁性材料、负折射率材料等)和各种技术上难实现的复杂结构上。然而，这些方法均涉及一个共同的问题，即要使用特殊的现在很难得到甚至不存在的材料，例如，两种折射率相同但波阻抗不同的磁性材料、负折射率材料等。因此，这方面的研究也只能停留在理论研究的层面上。另一方面，受加工技术的限制，复杂的光学结构很难实现或成本极高，目前所实现的全空间光子禁带几乎都是在微波波段或远红外波段。制作具有可见光范围内光子禁带的光子晶体的报道尚不多见。另外，光子晶体的常规制作方法是相当复杂和困难的，其成本相当高，很难大面积生产，对光子晶体的进一步发展应用有一定的阻碍作用。尤其是，可见光范围内光子晶体的结构细微、晶格常数小，也给其制作带来了困难。因此，找到一种简单易行、成本不高的方法制作出在可见光波段具有全空间禁带的光学结构，对光子晶体的发展和应用都具有极为重要的意义。

理论研究表明：所有的布拉菲格子都可以用光学全息的方法实现，而且全息方法具有制作工艺简单、经济、易产生各种复杂结构的优势，因此，用全息方法制作光子晶体受到人们的广泛关注。然而，受目前现有的全息记录材料的限制，无法直接得到大的折射率调制。因此，如何利用现有的常用全息记录材料设计一种简单易行且成本低的方法来实现全空间禁带就是一个非常值得探索的课题。在这方面，发明人已经进行了一些非常有价值的探索和尝试，并获得了初步的结果。本发明将以这些结果为基础，尝试在全息光子晶体全空间禁带的实现方面有新的突破，并力争把这些方法和研究成果推广到其他的非全息光子晶体的全向禁带的实现上，实现一种简单易行且成本不高的方法制作出在可见光范围内具有全空间禁带的光学结构。

目前，国内外都在广泛开展获得全空间禁带的理论和实验研究。

在国际上，人们已提出了全息法制作面心立方结构、金刚石结构、各种准晶结构和螺旋结构等。Meisel等人给出了用全息法制作斜方晶系、面心、体心、金刚石结构的理论分析；Poole等人实现了斜方晶体结构的模版。在全空间禁带的研究方面，人们的主要注意力放在寻找高折射率、磁性、负折射率等这些目前很难实现的特殊材料和各种复杂结构上，这使得全空间禁带研究工作的深入开展遇到了很大的困难。

发明内容

本发明就是为解决上述问题而提出的，提供一种全息全空间禁带光子晶体及其制作方法，具有成本低，结构简单等优点，很好的解决现有技术中所存在的问题之一或全部。

本发明是基于以下原理而发明的，现有技术中已经存在某些方向或者较大空间方位上的禁带光子晶体，如果能够将上述的光子晶体做成微结构，然后再对这样的微结构进行随机的拼合和重叠，拼合和重叠之后，从宏观上来看就是一种各向同性的的宏观结构，在这个宏观各向同性的光子晶体结构中，对于其中的每个点，都是包含了很多随机取向的微结构光子晶体，而这些微结构的光子晶体，要么是在一定方向上具有禁带，要么在一定空间上具有禁带，大量的随机取向的微结构光子晶体就包括了空间上任意的方向，其结果是，从宏观上来看，该结构上的每一个点都是全空间禁带的，从而以一种非常简单的方式实现了全空间禁带。