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圆柱形三维光子晶体的制备及其光学特性

陈威  
【摘要】:光子晶体是由周期性排列的不同折射率的介质制造的规则光学结构。因其特殊的结构具有光子带隙,可以用于制作光开关、滤光器、化学和生物传感器等。近年来,反蛋白石结构光子晶体由于能够形成完全光子带隙而引起人们的广泛关注。本文主要对反蛋白石结构光子晶体的制备、曲面基底(如毛细管)上制备蛋白石结构光子晶体和反蛋白石结构光子晶体进行了深入的研究,并对其光学特性及其形成机理进行了深入的讨论。这些研究讨论为以后制备三维微结构光纤提供了一定的理论和实验基础。因此,制备圆柱形的蛋白石结构和反蛋白石结构光子晶体具有重要的研究意义和应用价值。 本文研究了溶胶凝胶协同自组装法制备反蛋白石结构光子晶体的理论和实验技术。用EastFDTD软件模拟仿真了反蛋白石结构光子晶体的透反谱,并研究了带基底晶体的层数对其带隙位置的影响。采用协同自组装法用不同粒径的PS微球制备出高质量的不同孔径的反蛋白石结构光子晶体,通过对比实验讨论了工艺参数,如:PS胶体溶液与酸性催化的TEOS溶液的配比、烧结温度曲线等对制备Si02反蛋白石结构光子晶体的质量的影响。 本文研究了在曲面基底上制备光子晶体的理论和实验技术。用垂直沉积法在毛细管内制备空心圆柱形PS蛋白石结构光子晶体,用协同自组装法在毛细管内制备空心圆柱形SiO2反蛋白石结构光子晶体;用类重力沉积法在毛细管内分别制备了实心PS蛋白石结构光子晶体和Si02反蛋白石结构光子晶体。通过分析其SEM图及其光谱可知:制备的光子晶体排列均匀、高度有序。后对其自组装机理及其形成过程进行了深入的探讨。通过分析对比实验参数,得出:基底曲率半径和微球粒径的大小是影响空心光子晶体质量的主要因素。


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