專利名稱：單頻單角透射的全角高反一維光子晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單頻單角透射的全角高反一維光子晶體。
本發(fā)明單頻單角透射的全角高反一維光子晶體的結(jié)構(gòu)是一個膜系，膜系中各膜層排列如下f[(LH)sDL(HL)s]g[(HL)sDH(LH)s]其中，f和g是結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)參數(shù)，H為高折射率膜層，L為低折射率膜層，L和H的光學(xué)厚度為應(yīng)用波段的中心波長的四分之一；S為高低折射率周期介質(zhì)層的周期數(shù)，DL為低折射率雜質(zhì)層，DH為高折射率雜質(zhì)層；低折射率雜質(zhì)層DL的材料通常與L層相同，特殊情況也可不同，DL的厚度根據(jù)應(yīng)用的具體要求可改變。以α為改變參數(shù)，則DL＝αL。低折射率雜質(zhì)層DH的材料通常與H層相同，特殊情況也可不同，DH的厚度根據(jù)應(yīng)用的具體要求可改變。以β為改變參數(shù)，則DH＝βL。L、H、α、β、f和g六參數(shù)共同決定此結(jié)構(gòu)的全角高反的譜帶寬度、單角方向透射的角寬度，單頻透射的線寬等重要指標(biāo)。
其理論依據(jù)和參數(shù)選擇依據(jù)如下
對每一個含一個DL或DH的子PC，α和β不同，即DL和DH不同，其在全角高反寬帶中的雜質(zhì)銳透射峰將不同。在上述的兩子PC的組合膜系中，我們可通過調(diào)節(jié)f和g使兩子PC的雜質(zhì)銳透射峰在垂直入射方向相同，但在非垂直入射方向不同。其中α和β的選擇很重要，α或β從1變到0或從1變到2，該子PC的雜質(zhì)透射峰將變銳。為得到銳透射峰，α和β只少有一者稍小于2或接近0。此外α和β的選值根據(jù)全角高反帶的帶寬和對稱性要求的不同有不同的選擇。
高折射率膜層H的材料不但光折射率高而且膜層在應(yīng)用波段必須全透明，如在紅外可用Ge、Si、InP、GaAs等，可見區(qū)用TiO2，ZnS等；同樣，低折射率膜層L的材料不但光折射率低而且膜層在應(yīng)用波段必須全透明，如SiO2等等。
制作方法有多種，例如用高性能的鍍膜機鍍膜，用鍍膜機鍍膜的主要工藝是雜質(zhì)層厚度的準(zhǔn)確控制，現(xiàn)在高性能的鍍膜機可以做到；也可用分子束外延或有機金屬化學(xué)汽相淀積法生長，此法可制得各層厚準(zhǔn)確的理想結(jié)構(gòu)。
單頻單角透射的全角高反一維光子晶體的全角高反的譜帶寬度可覆蓋很寬的波段，也可根據(jù)使用要求進(jìn)行按需設(shè)計。單角方向透射的角寬度和單頻透射的線寬也可根據(jù)不同的使用要求進(jìn)行按需設(shè)計，可以設(shè)計較寬帶，也可設(shè)計較銳的譜帶。


圖1中，在銳角方向和銳頻譜線寬的透射率理論上達(dá)100％。
全角高反的譜帶寬度覆蓋了從0.87ω0到1.2ω0很寬的頻帶，單角方向透射的角寬度和單頻透射的線寬見圖1所示，此銳角方向和銳頻譜線寬的透射率理論上達(dá)100％應(yīng)用例子1通信應(yīng)用空間光濾。光濾是一種常用的重要器件，它只讓想要它通過的光通過，不想要它通過的光則被吸收或反射。光濾在光通信和各種光學(xué)儀器用是不可缺少的。目前波長光濾發(fā)展得較成熟，種類很多，有吸收材料制成，也有薄膜濾光片?？臻g光濾相當(dāng)不成熟?？臻g光濾是能使一個很銳角方向的光通過，其他所有方向的光不得進(jìn)入。過去人們?yōu)榻鉀Q這問題通常用一根很長的黑管檔住其他方向的光，后來發(fā)展了雙共焦透鏡加小孔，但兩者都又苯拙又效果差。此結(jié)構(gòu)就是很理想的空間光濾。在自由空間光通信或無線大氣光通性中，用上此結(jié)構(gòu)的空間光濾(此結(jié)構(gòu)同時擔(dān)負(fù)空間光濾和頻率光濾兩種作用)，不但效果好而且微型化，可使靈敏度和傳輸距離提高幾個數(shù)量級。應(yīng)用例子2軍事應(yīng)用此結(jié)構(gòu)將是軍事上用于抗致盲和抗誤導(dǎo)非常有效的方法。
致盲有兩種，一是用強激光對士兵眼睛進(jìn)行致盲，二是對軍用設(shè)施和武器的探測器進(jìn)行致盲，隨著科學(xué)的發(fā)展，武器的探測器的抗致盲越來越重要。誤導(dǎo)是指發(fā)干擾信號使制導(dǎo)失效。本結(jié)構(gòu)在這后兩種情況中應(yīng)用是非常理想的。
軍用設(shè)備要求輕便，如裝在導(dǎo)彈上越輕越好。本結(jié)構(gòu)是一個膜系重量于毫克計。現(xiàn)軍用設(shè)備的探測器已很容易被伺服對準(zhǔn)制導(dǎo)信號源，但未有輕巧的設(shè)施消除制導(dǎo)信號源外的所有外來干涉，本結(jié)構(gòu)能非常高效地完成此使命，只讓制導(dǎo)信號源的信號進(jìn)入，不讓其他任何頻率和其他任何方向來的任何干擾進(jìn)入。
權(quán)利要求
1.一種單頻單角透射的全角高反一維光子晶體，其特征是該晶體的結(jié)構(gòu)是一個膜系，膜系中各膜層排列如下f[(LH)sDL(HL)s]g[(HL)sDH(LH)s]其中，f、g是結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)參數(shù)H為高折射率膜層，L為低折射率膜層，L和H的光學(xué)厚度為應(yīng)用波段的中心波長的四分之一；S為高低折射率周期介質(zhì)層的周期數(shù)，DL為低折射率雜質(zhì)層，DH為低折射率雜質(zhì)層。
2.一種如權(quán)利要求1所說的單頻單角透射的全角高反一維光子晶體，其特征是膜系中的H和DH用nH＝3.4的硅，L和DL用nL＝1.45的二氧化硅；結(jié)構(gòu)參數(shù)為s＝7，f＝1.1257368，g＝0.93781965，α＝1.6，and β＝0.1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單頻單角透射的全角高反一維光子晶體。該晶體具有兩個不同雜質(zhì)層，在希望高透的銳角方向，它們的缺陷態(tài)具有相同的頻率；而在其它方向，缺陷態(tài)的頻率完全不同，即利用禁帶將其透射完全消除。這種新穎的晶體結(jié)構(gòu)和嶄新的無空間噪聲及輸出方向和光頻可控的性質(zhì)，將有廣泛的應(yīng)用前景和將引發(fā)多種新型的光學(xué)器件的問世。
文檔編號G02B1/10GK1450366SQ0311437
公開日2003年10月22日 申請日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月6日
發(fā)明者汪河洲, 梁冠全, 韓鵬 申請人:中山大學(xué)