[发明专利]基于光子晶体的全可见光波段全角度反射器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子晶体反射器，特别是涉及一种可以在全可见光波段全角度反射的光子晶体反射器。

背景技术

光子晶体作为一种新型的光电功能材料，因其良好的光学性能而备受关注。相对于二维和三维光子晶体，一维光子晶体因其结构简单，技术上更容易实现而受到人们的青睐。完全光子禁带是光子晶体的主要特性之一，即当特定频率的光经过光子晶体时，由于干涉等光学效应而使光不能通过光子晶体，从而形成禁带；而有些频率的光可以通过，形成导带。由于光子晶体所用材料为非金属晶体材料，对可见光波段的吸收系数较小，因此禁带的反射率较高，可达99.9%以上。因其具备以上良好的光学性能，从而为制备高反射率光子晶体反射器提供了可能。

R. Jomtaraka等（Geometrically Distributed 1D Photonic Crystals for Light-Reflection in All Angles, SciVerse Sciencedirect. 2012, 32, 455-460）提到使用周期按几何级数分布的一维光子晶体叠加以增宽禁带宽度的方法，但这种方法针对性不高，需用晶体周期层数较多，实际制作复杂。

韩培德等（Omni-directional mirror for visible light based on one-dimensional photonic crystal, CHINESE OPTICS LETTERS. 2011, 9(7), 071603）提到使用(AB)m/(CD)n/(EF)l/(MN)s结构实现全可见光波段全角度反射器的方法，但这种方法需用三种不同结构的光子晶体组成，结构较复杂，当光线以大于60°入射时，可见光波段TM模光线将不能完全反射。

顾培夫等（用于可见光区的薄膜光子晶体全角度反射器, 物理学报.2005, 54(8)）提到使用角域叠加的方法实现全可见光波段全角度反射器，但这种方法也并未完全覆盖全可见光波段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于一维光子晶体的全可见光波段全角度反射器，本发明提供的反射器反射率较高，结构简单易于制备，当光线以大角度入射时，仍可实现全可见光波段的反射。

本发明的原理在于：当对光子晶体的结构进行优化，将会发现在较大范围内出现完全光子禁带，而在此基础上叠加另一种光子晶体，将会发现最终的禁带将是两种光子晶体禁带的叠加。本发明针对于当入射角度增大时，禁带将向短波平移的特点，在等周期宽度基础上设计两种光子晶体，使其禁带范围的叠加在大入射角度条件下仍可覆盖全可见光波段。

本发明基于光子晶体的全可见光波段全角度反射器由两种光子晶体叠加构成，每种光子晶体均由两种不同的介电材料按照相同的周期交替排列而成，反射器的结构为[A/B] _m[C/D]_n，其中：

所述的第一光子晶体中，材料A的介电常数1.96，材料B的介电常数16，光子晶体的晶格常数d=134nm，单个周期内A的宽度d₁=0.74d，B的宽度d₂=0.26d，光子晶体周期数m选择8或9；

所述的第二光子晶体中，材料C的介电常数1.96，材料D的介电常数16，光子晶体的晶格常数d=134nm，单个周期内C的宽度d₃=0.5d，D的宽度d₄=0.5d，光子晶体周期数n选择11、12或13。

本发明中，用于构造全角度反射器的介电材料A和C选择氟化锂，B和D选择锗。但是，用于构建本发明全角度反射器的介电材料并不局限于氟化锂和锗，凡是介电常数与其相等或接近的其他各类材料，均可以用于构建本发明全角度反射器。

本发明基于光子晶体的全可见光波段全角度反射器的制备方法是，首先用磁控溅射方法在光学基片上沉积一层设计厚度的介电材料D，再沉积一层设计厚度的介电材料C，按以上方法再沉积n－1个周期的[C/D]；在以上基础上，再沉积一层设计厚度的介电材料B，然后再沉积一层设计厚度的介电材料A，按以上方法再沉积m－1个周期的[A/B]。

本发明基于光子晶体的全可见光波段全角度反射器结构简单，易于制备，可以实现384nm～768nm全可见光波段的全角度反射，且反射率可以达到99.9%以上。

附图说明