[发明专利]有缺陷准晶光子晶体的制作方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种有缺陷准晶光子晶体的制作方法和装置，所制作的结构包括线缺陷准晶波导结构及点缺陷微腔准晶结构，根据棱镜棱数的不同，所制作准晶的旋转对称重数也不同。

背景技术

准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体，是具有旋转对称性、长程指向性但不具有平移周期性的晶体。根据经典的晶体限制理论，晶体只具有2次、3次、4次和6次对称性，而准晶是原子排列存在5次对称和6次以上对称轴的一种特殊晶体。准晶光子晶体则是由电介质构成的介观尺度的准晶结构，其特征尺寸在电磁波波长量级，并且具有光子带隙。准晶光子晶体的特殊结构使其具有完全光子带隙的折射率阈值低、光子带隙与方向无关、缺陷模更为丰富等优良性能，这使其比周期光子晶体具有更广阔的应用前景。在准晶光子晶体中合理地引入缺陷就能产生局域缺陷模，准晶的缺陷模不仅与缺陷的类型和介质构成有关，而且与缺陷的位置有着密切的关系，这使得有缺陷准晶在上/下载滤波器、直角或弯曲波导、极低阈值微腔激光器以及光孤子的应用等方面具有更大的优势。

周期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。但是与周期光子晶体不同的是，准晶不具有平移周期性，用这些传统的精密加工微制作技术制作准晶过程相当的繁杂、耗时，尤其是制作百纳米尺度的准晶结构更是几乎不可能。本申请人在实用新型专利201020684352.0中提出一种用单折射棱镜制作光子晶体的方法，装置简单、重复性好，而且能实现大面积的结构制作。该方法的缺点是不能有目的的实现线缺陷波导和点缺陷微腔的制作。就文献调研来看，到目前为止，缺陷准晶的研究工作基本上集中在理论模拟方面，实验制作方面的研究工作在国内外鲜有报道。

发明内容

本发明旨在提供一种有缺陷准晶光子晶体的大面积制作方法和制作装置。本装置通过单折射棱镜进行多光束的分束、合束干涉作用，形成准周期结构的干涉场，从而得到准晶光子晶体结构；在此结构上，通过柱透镜和球透镜的会聚作用分别制作线缺陷波导和点缺陷微腔结构。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种有缺陷准晶光子晶体的制作方法，先将激光器输出的激光分束，一束激光经扩束系统和无顶单折射棱镜后，形成多光束干涉场；另一束激光经多次反射后由透镜会聚到干涉场中；在干涉场区域放置全息记录材料，经曝光和材料处理后，得到有缺陷的准晶光子晶体。

有缺陷准晶光子晶体的制作装置，它包括激光器，激光器输出的激光分为两束；一束激光依次经过扩束滤波器和准直透镜投射到无顶单折射棱镜上，在无顶单折射棱镜出射端产生多光束干涉场，光敏记录板位于干涉场区域内；另一束激光经过若干个反射镜反射后，再经过透镜投射到光敏记录板上。

所述的透镜为球透镜或柱透镜。

所述的光敏记录板为光抗材料板或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无顶五角棱镜或六角以上棱镜，且无顶单折射棱镜上下底面面积不等、各侧面面积相同、且侧面与底面形成的夹角相同。

所述的无顶单折射棱镜为高透明度的玻璃棱镜或石英棱镜。

采用上述技术方案的本发明，结构非常简单，准晶缺陷的类型和尺寸可以有目的地进行设计和制作，准晶的结构改变可以通过棱镜的结构来控制。干涉场包括二维和三维的准周期光强分布。在干涉区域放置光敏材料，经曝光和处理后，即可得到二维或三维的有缺陷准晶光子晶体波导或微腔结构。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（与带隙有关）的准晶波导或微腔结构。本发明大大简化了准晶的制作过程、实现了大面积一步快速制作。

附图说明

图1为制备有缺陷准晶光子晶体的装置结构示意图。

图2为无顶单五角棱镜结构示意图

图3为无顶单五角棱镜多光束干涉方向示意图。

图4利用所设计的无顶五角棱镜，其侧面五束光干涉所得到的准晶结构图

图5利用所设计的无顶五角棱镜，其侧面五束光干涉所得到的准晶结构图，主光束的偏振方向分别为0⁰、30⁰、45⁰和90⁰。

图6利用所设计的无顶五角棱镜，其侧面五束光位相不同时干涉所得到的准晶结构图。

图7利用所设计的无顶五角棱镜，材料曝光阈值不同时其侧面五束光干涉所得到的准晶结构图，其中a、b、c、d四幅图的曝光阈值分别是0、0.4、0.6和0.7。