[发明专利]三维三角光子晶体、四方光子晶体、五角光子准晶的晶格周期及排列规则的控制方法有效

专利信息
申请号: 201910492429.X 申请日: 2019-06-06
公开(公告)号: CN110441834B 公开(公告)日: 2021-11-19
发明(设计)人: 薛燕陵;姜诚 申请(专利权)人: 华东师范大学
主分类号: G02B1/00 分类号: G02B1/00
代理公司: 上海德禾翰通律师事务所 31319 代理人: 夏思秋
地址: 200062 上*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 三维 三角 光子 晶体 四方 五角 晶格 周期 排列 规则 控制 方法
【说明书】:

本发明提出了一种三维光子晶体晶格周期及排列规则的控制方法,包括以下步骤:步骤一:宽直径平行光束经过多光楔棱镜的光楔后偏转,宽直径平行光束的中心部分经过多光楔棱镜的中心孔后不改变方向地继续前行,在干涉区域内交汇,产生干涉;步骤二:通过调节光楔顶角α,可以改变经过光楔后偏转的光束的传播方向,达到调控相干光交叠干涉形成的三维光子晶体的周期的目的;步骤三:通过调节透镜的直径可以调节宽直径平行光束的尺寸,并通过调节多光楔棱镜中心孔的尺寸,可以改变三维光子晶体的面积。本发明可以人为操控这类光子晶体的产生,获得想要的任意周期、特殊子点阵的三维光子晶体,进而获得想要的任意结构的光子晶体能带。

技术领域

本发明涉及三维光子晶体晶格周期及排列规则控制技术领域,尤其涉及一种通过调节多光楔棱镜顶角控制面积可调节的三维光子晶体晶格周期及排列规则的方法。

背景技术

光子晶体是一种介电常数(或折射率)在空间呈周期性排列的光子微结构,是一种新型的人造光学材料。人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件,达到操纵和控制光子运动的目的。

与普通晶体一样,光子晶体的周期排列使其具有能带结构,光子能带之间可能存在光子带隙或光子禁带。在光子带隙或禁带范围里的电磁波不能在光子晶体里传播,而频率位于能带里的电磁波则能在光子晶体里几乎无损地传播。光子晶体带隙的宽度和位置与光子晶体的折射率比值、周期排列的尺寸及排列规则都有关系,控制光子晶体的晶格周期和排列规则能够一定程度上控制光子晶格的带隙。

传统的制作光子晶体的方法有离子交换、离子束注入、刻蚀以及薄膜沉积等,这些方法存在设备复杂,工艺复杂、成本昂贵,生产效率较低的缺点,限制了光子晶体的实用化。光诱导技术是一种结合了多束相干光的干涉特性和光折变材料的激光敏感特性的方法,常用来制作基于光折变效应产生的光子晶体。通过不同数目的激光束干涉并辐照光折变材料,在光折变材料内部形成各种各样的周期和准周期的光子晶格。光折变光子晶格的制作工艺简单,涉及的设备也相对简单,成本较低,制作的光子晶格结构具有较长的暗存储时间,且光折变材料经退火后可循环使用。因此,光折变光子晶体具有很高的研究价值和广阔的应用前景。

利用多光楔棱镜实现多个宽光束的干涉是一种重要的制备光折变光子晶体的光诱导技术,它的最大优点在于光路简单、设备复杂度低、成本低。利用该技术所制备的光子晶体具有面积可调节的特点,从而在光通信、光网络、光计算和集成光学中具有重要的应用价值。目前利用多光楔棱镜制备光子晶体还停留在二维或三维结构的光子晶体的制备可行性上,尚无法进一步深入地理解并调控所制备的三维光子晶体的横向和纵向周期,从而达到调控光子晶格带隙的目的。而且人们一直简单地想象复杂光子晶格中只存在一套光子点阵,尚无法进一步深入地理解可能存在的多套子点阵的排列规则,从而达到进一步调控光子晶格带隙的目的。

目前对于三维光子晶体周期及排列规则的控制技术未见文献记载,日本专利(JP2005316233A)中公开了通过四角锥台(即本发明专利中的四光楔棱镜)产生三维光子晶体。虽然四角锥台产生的是三维的光子晶体,但日本专利没有详细地解数学方程,仅仅只是解了一个Z轴上光强为零的特例,就以此推论Z轴方向的变化为除了光强为零的最小值就是光强的最大值。也即他们认为Z轴方向只有光强的最大值与最小值,从最大值到最小值是突变,从最小值到最大值也是突变,因而画出了Z轴方向直线型的柱子突然中断、又突然再次出现的情形,忽略了从最大值到最小值之间与从最小值到最大值之间的周期性的渐变过程。这种处理太过简略,大大忽视了四角锥台产生的三维光子晶体的复杂性。另外,日本专利仅仅计算了二维光子晶体X方向的周期,没有计算三维光子晶体在X、Y和Z全部三个方向上的周期。

发明内容

本发明通过对光子晶格横向周期和纵向周期及排列规则的研究,提出了一种通过调节多光楔棱镜顶部楔角调节面积可变的三维光子晶体晶格横向和纵向周期及排列规则的方法。

本发明提出的三维光子晶体晶格周期及排列规则的控制方法,包括以下步骤:

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