[实用新型]单折射棱镜大面积制作光子晶体和光子准晶的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用单折射棱镜大面积制作多结构光子晶体和光子准晶的方法和装置，所制作晶体结构包括二维和三维周期性光子晶体结构和光子准晶结构，如正六角、斜六角、蜂窝光子晶体结构以及具有完全大带隙的十重或五重旋转对称光子准晶结构等。

背景技术

光子晶体是一种介质折射率呈周期变化的人造晶体，它对光子像半导体对电子一样存在带隙，被称为光子带隙，在光子带隙内的光波将被禁止在光子晶体中传播。此特性使得光子晶体具有许多重要的应用，例如制备高效率发光二极管、无阈值激光器等，并且在全光通信网络、高密度光存储、直角波导、超棱镜等方面获得重要应用。

光子晶体的制作方法有很多种，如打孔法、堆积法、胶体自组装法、电子束或粒子束刻蚀法等，这些方法不仅制备过程复杂，而且不易得到多层或大面积的光子晶体。在实用新型专利200410003007.5中提出用衍射光栅板全息干涉的方法制作三维光子晶体，该装置设备简单、稳定性好、操作简便，缺点是：1、只能制作六角结构的二维和三维光子晶体；2、一般光栅衍射效率比较小，直接影响干涉光强和光子晶体的质量；3、光栅其他级次的干涉会对全息光子晶体结构造成破坏；4、光栅板的制作有一定的难度。而实用新型专利200610122343.0只是将200410003007.5中的准直透镜去掉，采用球面波多光束干涉的方式制作光子晶体，将分光束用的光栅版改为组合光学元件。但从专利描述中，所用组合光学元件与前面的光栅版一样都是记录三组成120°角的全息图的基板。综合来说两个专利都是通过衍射方式进行分束产生多光束干涉全息光子晶体。另外在实用新型专利200510018703.8中，提出一种用八面体折射光学元件制作全息光子晶体的思想，但是没有给出这种折射元件的优化设计思想以及其各种参数与光子晶体结构之间的关系，重要的是这种折射元件只能制作周期性光子晶体结构，而周期性光子晶体结构的缺陷是：具有完全带隙的折射率阈值非常大，目前只能通过半导体等大折射率材料来实现。本实用新型提出的单折射棱镜，既可以用来制作不同结构的周期光子晶体，又可以制作光子准晶结构。准晶结构相对于光子晶体结构来说，不具有平移对称性，而具有更高的旋转对称性；准晶结构具有完全带隙的折射率阈值比光子晶体小得多，这样就可以在折射率比较低的聚合物材料中实现完全大带隙光子准晶的快速、大面积制作，大大降低了制作成本，并且方便实现光电子器件的集成化和可调谐。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种单折射棱镜大面积制作不同结构全息光子晶体的方法以及其制备时所用的一种装置。本实用新型是通过单棱镜折射方式进行分束合束产生多光束干涉全息光子晶体及光子准晶的，折射效果远远优于衍射效果，而且易于产生高对比度的干涉图及高质量的光子晶体和准晶结构。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：它包括：

激光器，作为装置的光源；

扩束滤波器，它设置在激光器的输出光路上；所述的扩束滤波器由扩束用显微物镜和小孔滤波器组成；

透镜，用于对扩束后的光源进行准直，得到平行光束；

无顶单折射棱镜，所述的平行光束入射到无顶单折射棱镜上，在单折射棱镜出射端产生多光束干涉场；

光敏记录板，它设置在干涉场区域内。

所述的光敏记录板包括有机光抗材料版、银盐干版或聚合物分散液晶材料版。

所述的无顶单折射棱镜为高透明度的玻璃棱镜或者石英棱镜。

所述的无顶单折射棱镜为无顶六角棱镜或无顶五角棱镜。

在所述的无顶六角棱镜或无顶五角棱镜中，上、下底面面积不等，各侧面面积相同，且侧面与底面形成的夹角相同。

采用上述技术方案的本实用新型，结构非常简单，只需一个无顶的单折射棱镜即可形成多光束干涉的不同结构：利用六角棱镜可以产生三光束、四光束、五光束、六光束以及七光束的干涉，利用五角棱镜可以产生十重旋转对称的光子准晶结构。干涉场包括二维和三维的周期光强分布。在干涉区域放置光敏材料，经曝光和处理后，即可得到折射率周期变化的二维或三维的光子晶体和光子准晶结构。该结构也可作为模版被转移到其它折射率的材料上，形成不同折射率对比度的光子晶体及准晶结构。大大简化了光子晶体的制作过程、实现了大面积一步快速制作。

附图说明

图1为本实用新型制备多结构光子晶体的装置结构示意图。

图2为无顶单六角棱镜结构示意图。

图3为无顶单六角棱镜多光束干涉方向示意图。

图4为无顶单五角棱镜结构示意图。

图5为无顶单五角棱镜多光束干涉方向示意图。