聚合物光子晶体的制备及其光学特性研究

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1、山东大学博士学位论文聚合物光子晶体的制备及其光学特性研究姓名：张飒飒申请学位级别：博士专业：光学工程指导教师：王青圃;RayT.Chen20080425山东大学博士学位论文7表面张力一偏振方向N=1，2，3，4eN一干涉光线的波矢N=I，2，3，4GN一干涉条纹强度I(r》SEM扫描电子显微镜AFM原子力显微镜FCT面心四方晶格FCC面心立方晶格△n折射率差2D二维3D三维rmS均方根原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他

2、个人或集体已经发表或撰写过的科研成果口对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：乡皤；≯z厂关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：她导师签名：／蝴I"卜i,-q

3、日期：塑厂山东大学博士学位论文摘要在信息的传输方面，光子毙电子有着更多的优点。它们有更快的传播速度，在携带大容量信息时有更低的损耗。光子晶体具有着像半导体操纵电子一样的操纵光线的能力，也被称作光子禁带材料(PBG)或PhCs，是一种新型的人造物质，能够控制光予行为的人工周期性电介质结构功能材料。光予鑫体内部具有周期性结梅，其组分分电常数呈周期性交他，具有电磁波禁带，使其能够操控电磁波。禁带内的电磁波只能沿光子晶体缺陷传播，通过缺陷的设计可戳人为调控电磁波的传输。光予晶体购结构材料，是在高折射率材料的某些位置周期性的出现低

4、折射率的材料。高低折射率的材料交替排列形成周甥性结构就可以产生光子晶体带踩，菰周期排列的低折射率位点的之间的距离大小不同，导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的光波产生麓带效应，帮只有某种频率的光才会在某种周麓距离一定的光子晶体中被宪全禁止传播。如果只在一个方向上存在周期性结构，那么光子带隙只能患现在这个方向。如果在三个方甸上都存在周麓结构，可以出现全方位的光子带隙，特定频率的光进入光予晶体后将在各个方向都禁止传撩。虫于光子晶体不仅能够为光学器件的集成以及小型化提供了前所未有的机遇，而且光子晶体也展现出许多新的物理现

5、象，所以自从被Yablonovitch和John发明以来，光子晶体引起了人们极大的研究热情。由于对于不同波长有着不同介电常数，光予晶体具有特殊的光学特性，能够对光电子器件的小型化提供革命性的解决方案。本论文的研究工作，从理论和实验两方面针对二维光子晶体和三维光子晶体的特点及其特殊的光学特性，特别对聚合物光子晶体及其特有的超棱镜效应和结构进行了深入细致的研究和分析，从理论上证明了这些结构的传输特性；系统地研究了光子晶体的制备方法，并利用软光亥l印刷技术、激光全息技术成功制备了二维三角结构聚合物光子晶体和三维面心立方结构聚合

6、物光子晶体，并对获缛的光子晶体的光学特性进行了深入研究。主要的研究王作和创新点阐述山东大学博士学位论文如下：薹低折射率二维量兔晶格聚合物光子晶体超棱镜结构的设计和计算模撅我们设计并计算了二维聚合物光子晶体超棱镜结构，它由一系列空气柱在聚合物厚片上按三角形排列构成，背景聚合物在1550nm波长的折射率为l。475。为使聚合物光子晶体超棱镜的设计最优化，计算并分柝了平面波传播的能带结构和色散曲面。(第二章)珏三维面心西方(FCT)木斟堆结构光子晶体超棱镜的设计、模拟．帮论诞利用与研究=维光子器体超棱镜相同的方法，我们根据三维

7、光子晶体完全能带结构，针对入射到Y．z平面的光波，计算了其色散曲面，并由曲面的梯度得到了光波的传输，透射熊度。邈予由一种介质入射到另一种介质时詹矢量的平行分量守恒，光子晶体中的光波将被限制在Y．z平面，这样我们就把三维色敖越面简化为二维色散越面。进一步利用了平面波展开法，使用BANDSOLVE软件包计算了能带结构。计算模拟7聚合物／Si02介质中，晶格为FCT结构的木料堆光子能带结构，其中w／d=D．266，h／d=D．305，An=0．17，由于低折射率，在聚合物木料堆结构中不存在完全禁带。进一步由完全光子能带结构，给

8、出了从任一点到布里渊区表面所有点可孳l起的光子麓带结掏变化的信患。对予绘定的缝量或频率，波矢的所有可能位置的数值都可以由此推出，并利用全区域分析得到了三维完全能带结稳。我们设计、计算模拟和论证了低折射率聚合物二维三角晶格结构和三维面心霹方(FCT)木料堆缨梅中强的超棱镜效应，并扶理论上进一步证明了这些光子晶体超棱镜结