[实用新型]一种制造三维密排光子晶体阵列结构的全息系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光子晶体阵列结构，尤其是涉及基于多束光全息干涉术的一种制造三维密排光子晶体阵列结构的全息系统。 

背景技术

光子晶体的概念是由E.Yablonovitch和S.John两人于1987年首次独立提出的，它是一种介电常数（或者说折射率）在空间呈周期性变化的材料。 

众所周知，在半导体材料中原子排列的晶格结构产生的周期性电势场影响着在其中运动的电子的性质，使其形成能带结构。由于介电常数的周期性调制，电磁波在光子晶体中的传播可以用类似于电子在半导体中运动的能带结构来描述。具体表现为：一定频率的光波在光子晶体的特定方向上被散射，不能透过，形成光子禁带（或称光子带隙），频率落在光子禁带中的光波在一定方向上无法传播。这种具有光子禁带的周期性介电材料即为光子晶体或光子带隙材料。 

按介电常数的周期性变化及其出现的空间维度，光子晶体可分为一维、二维、三维光子晶体。其中三维光子晶体因其介电常数在三维方向呈周期性排列，因而是最容易实现完全光子禁带结构的（边超,明海,光子晶体的研究进展及应用前景[J],光电子技术与信息,2000，01.）。 

多束光全息干涉术常用来制造三维光子晶体结构。利用光刻胶的感光特性以及单次曝光法可十分方便地记录三维光学结构。 

多束光全息干涉术具体技术要点如下： 

使用四束光全息干涉术可用来制备密排结构的等离子体纳米间隙阵列。要获得此结构需在一束特定干涉光中加入特定的相位，从而改变子晶格在整个晶体间的相对位置，进而改变晶格分布形貌并且结合光刻胶的非线性响应属性。当将这种等离子体纳米间隙阵列结构作为拉曼基底使用时，需在其孔洞阵列中填入例如金、银等币制金属，随后利用外加电场对基底进行激发，因为晶格阵列结构排布的密排程度，会直接影响纳米金属离子激发的耦合电场强度，进而影响拉曼散射信号的强弱，所以晶格结构排列越紧密，以此结构为基底产生的耦合电场强度的增幅也越强，其对应产生的表面增强的拉曼信号也越强（[5]Xi Zhang,Martin  Theuring,Qiang Song,Weidoong Mao,Milan Begliarbekov,and Stefan Strauf,“Holographic Control of Motive Shape in Plasmonic Nanogap Arrays,”Nano lett.,2011,11,2715-2719.）。 

表面增强拉曼散射光谱技术(SERS)是从分子水平上表征表面或界面结构及其过程的灵敏技术,该技术的关键之一正是通过制备密排结构的颗粒基底来使得SERS信号得到进一步增强。研究制备表面形貌分布更为均匀、紧密、有序的金属纳米粒子阵列结构，不仅具有实际应用价值,而且有助于揭示SERS增强机理。由于以上因素，才使得越来越多的科技工作者致力于对密排周期性阵列结构的研究（[6]Tian Z.Q.,Ren B.,Wu D.Y..J.Phys.Chem.B[J],2002,106(37):9463—9483.）。这些研究将物理领域的光子晶体结构的应用拓展到了电化学领域表面增强拉曼散射光谱技术领域。 

发明内容

本实用新型的目的是提供结构简单、可操作性强、可获得三维密排晶体阵列结构的一种制造三维密排光子晶体阵列结构的全息系统。 

本实用新型从左至右依次设有激光器、空间滤波器、全息光学元件、1/2波片和光刻胶板；所述激光器、空间滤波器、全息光学元件、1/2波片和光刻胶板设于同一光轴上，激光器发出的激光经过空间滤波器的扩束后照射到全息光学元件上，经全息光学元件产生4束相干的干涉光束，1/2波片置于全息光学元件的中央出光口之后，4束光重叠干涉在光刻胶板上，在光刻胶板上对4束光重叠的干涉结构进行单次曝光，经过显影的流程即可得到拥有三维密排晶格阵列结构的光子晶体。 

所述全息光学元件是一个能够产生三维周期性微结构的元件，全息光学元件设有3片衍射光栅和1个中央孔洞的衍射光学元件，所述3片衍射光栅用螺丝夹持，每个衍射光栅都可以进行替换，衍射光栅的制备根据经典的相干光干涉理论和衍射理论，采用激光全息技术在同一位置用两等光强、等入射角的平面波相互干涉制备而成。制备时注意3片衍射光栅的光刻胶尺寸、曝光功率、曝光时间以及显影时间必须严格保持一致。利用1/2波片向系统中引入相位差，成功改变了晶格的排布。 

所述激光器可采用功率可调的氩离子激光器等。 

与现有技术比较，本实用新型的有益效果如下：