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光子晶体的理论和制备技术研究

【摘要】:光子晶体(photonic crystals)是带有光子带隙且介电常数呈周期性分布从而表现出光子带隙特性的一种晶体材料。与电子相比,用光子作为信息载体是一种理想的选择。作为一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制作的晶体,具有特殊的物理结构,它可以采用不同于传统光学材料和设备的特殊方法诱发不同寻常的现象并控制光子的活动。光子晶体被视为等同于半导体晶体的一种新型材料,却具有比半导体更加突出的性能,人们希望光子晶体技术的发展能够像半导体技术那样,引领着新一轮技术上的突破,产业的变革。本文对光子晶体的理论,应用以及制备方法进行了详细的研究。根据当前的光子晶体制作方法中,首先胶体微球的制备,在分析了时下常用的几种方法后,采用了改进型的碱催化stober法来制备。在介绍了多种光子晶体制备法,用制备好的胶体微球制备光子晶体的方法中,由于三维晶体的复杂性,我们重点研究了效能最高的胶体自制法。胶体自组装法由于其本身具有的低成本、方法简单易行、无毒无害等优点,目前已被广泛的应用于制备三维光子晶体。在胶体自组装法中,为了制备光学性质良好的光子晶体,首先需选用单分散性较好的胶体微球。然后本文重点分析了制备简便的重力沉降法,以及效能最优的垂直沉降法,并分别用两种方法制备了SiO2胶体晶体,并对样品进行了表征。讨论对比了两种制备方式,并通过对实验环境参数的改变,观测光子晶体光学性质的变化,进行了对实验制备方法的进一步分析。

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