大面积全息光子晶体模板的制作技术及其在LED中的应用

【摘要】： 目前被人们称为可控制光子流动的半导体——光子晶体,由于其潜在的科学价值和应用前景受到各国科研人员的关注,仅从2003年到2005年,在《Nature》和《Science》两刊物上发表的相关论文达21篇。国内外大学的一些研究小组相继采用不同的方法对光子晶体的结构、理论、制备技术及其崭新的物理性质等进行了研究并取得了重大进展。 牛津大学M. Campbell等人在《Nature》上提出利用全息术制作可见光的三维光子晶体受到了广泛得重视。该方法制作光子晶体直接、成本低、速度快、有实用意义。但全息术实现光子晶体需要三束光(二维)或四束光(三维)干涉,目前国内外普遍采用的制作系统存在着光路复杂、系统稳定性差、所制得的光子晶体面积小等缺点,使其应用仍然局限于实验室中。因此如何实现大面积、廉价、大批量地制备光子晶体,是使其得到真正意义上的应用的唯一途径。本研究针对这个课题从理论到实验方案,对制备方法进行了深入研究,并取得了以下成果: 1.计算模拟分析全息术实现光子晶体过程中,利用光刻胶作为记录介质,将三维结构记录下来的曝光、显影过程;模拟分析光强比、偏振态、对比度等对制作全息光子晶体模板的影响;给出实现fcc结构光子晶体的优化制作参数。 2.提出用双光束干涉多次曝光的方法实现三维结构光子晶体。理论分析证明该方法可实现与四束光同时曝光法相同的三维晶格结构。 3.提出利用全息光学元件(HOE)实现光子晶体结构。对HOE上的全息衍射光栅凹槽深度及其矢量方向与入射光偏振方向的夹角进行最优化设计,给出最佳制作方案并制作出符合fcc结构光子晶体要求的全息衍射光学元件;对制作全息光子晶体模板的记录光路进行优化设计,其中包括对光束比(全息衍射光栅的衍射效率)、曝光量、显影时间等参数的优化设计。根据设计参数,制作出具有fcc结构的全息光子晶体模板。 4.提出一套利用厚玻璃进行折射率匹配的制作系统,消除了在制作三维光子晶体过