[发明专利]一种微波光子晶体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种微波光子晶体及其制备方法，所述微波光子晶体包括周期性排列的介质柱体，与所述介质柱体轴向近似垂直的上表面和下表面，所述介质柱体分别与所述上表面和/或所述下表面的连接缝隙之间通过纳米粒子熔合连接。本发明提供的微波光子晶体，采用与整体器件同样的纳米粒子材料作为熔合材料，可以在较低温度下进行微波光子器件的熔合组装，解决了在传统微波光子晶体器件加工工艺中各个部件之间的连接不致密，器件整体性差的问题，大大提高加工光子晶体器件的性能，可广泛适用于微波谐振腔、集成光路的光源和波导等领域。

技术领域

本发明涉及光子晶体技术领域，尤其涉及一种微波光子晶体及其制备方法。

背景技术

光子晶体(photonic crystal：PC)是一类由金属或者电介质材料构成的具有周期性晶格排列的宏观结构，可以通过适当的设计和构造其周期性排列产生所需的光子带隙结构，从而阻止或者允许特定频率的光或者电磁波沿某些方向的传播，进而达到改变乃至控制光或者电磁波传播的目的。光子晶体被广泛应用于无阈值激光器，无损耗的反射镜，弯曲光路，高品质因子的光学微腔，低驱动能量的非线性开关和放大器等。

目前研究较多的两维光子晶体被认为在加速器相关的应用上具有很大的应用潜力，其中利用光子带隙原理设计的光子带隙谐振腔能够起到模式选择的功能，由于它们工作的频率范围常常处于微波频段，通常称此类光子晶体为微波光子晶体。微波光子晶体由于其结构的特殊性，周期性晶格阵列结构与内表面之间通过纯粹的机械咬合并不能满足其对高品质因数的要求，并尽可能保证内表面的品质。通常的做法是分别制造表面和柱状结构，然后进行连接形成微波光子晶体。在连接过程中，为了不破坏器件的结构和改变其材料的性能，通常采用低熔点金属对于柱状结构和表面进行熔合，使得相应的操作可以在较低的温度下进行。这一制造方法下成型的微波光子晶体一般而言整体性较差，尤其在柱状结构和内表面连接处的很难做到完全的无缝连接。同时在加工过程中通常采用与内表面和柱状结构不同的低熔点技术作为熔合材料，其通常与表面所用材料具有不同的电磁学特性，从而在一定程度上影响微波光子晶体谐振腔的最终性能。

现有的高品质微波光子晶体的加工方法主要有两种：金属焊接和电解沉积成型。

金属焊接是在晶格阵列结构与谐振腔壁的接合处放置焊接材料，通过高温加热使焊接材料融化，使被接合的两部分实现良好的电接触。焊接材料通常为合金，例如伍德合金，使其熔点低于被焊接的金属，但因其接合处含有其它金属材料，使其在对材料一致性要求很高的应用中受到限制(例如高真空器件)，同时传统焊接材料的形态和尺寸也无法保证其对微小缝隙(例如微米级别以下)的有效填充。

电解沉积法是基于一种电镀生长的过程，将微波光子晶体内部所有的中空部分用熔点很低或易溶解的金属做成模具，并将该模具置于电解池中。这种方法的特点是制备精度高，一体化程度好，但只能制备整体为一种金属材料的光子晶体。对于基于不同金属材料或是电介质材料的光子晶体结构，电解沉积成型的方法则无法实现。

发明内容

本发明所解决的问题是提供一种微波光子晶体，用于解决光子晶体在制备过程中各部件之间连接不紧密，器件整体性差从而影响光子晶体性能的问题。

为解决上述问题，本发明提出了一种微波光子晶体，包括周期性排列的介质柱体，与所述介质柱体轴向近似垂直的上表面和下表面，其中，所述介质柱体分别与所述上表面和/或所述下表面的连接缝隙之间通过纳米粒子熔合连接。

进一步地，所述纳米粒子的材料与所述上表面和下表面的材料相同。

进一步地，所述介质柱体的材料为金属材料或电介质材料。

本发明为了解决上述技术问题还提供了一种微波光机晶体的制备方法，包括如下步骤：

在所述介质柱体分别与所述上表面和/或所述下表面的连接缝隙之间填充所述纳米粒子；