生长周期对有机金属化学气相沉积法制备SiO2-InP光子晶体的影响

有机金属化学气相沉积(MOCVD)方法在人工蛋白石空隙中填充了磷化铟(InP)晶体以改变这类材料的光学行为,在选择了InP的生长条件的基础上进行了周期生长试验。利用扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见光谱(UV-Vis)对人工蛋白石晶体及其填充InP后的形貌和反射谱特性进行了分析。结果发现,采用周期生长方式有利于InP在模板空隙中的填充,且在反应时间相同的条件下,反应周期数越多,InP在空隙中的填充率越高,填充率增加反过来增大了二氧化硅球和空隙之间的折射率差,从而可控地对所制备光子晶体光子带隙进行调制。实验表明InP具有较好的生长质量,此项研究为制备三维InP光子晶体打下了基础。     

人工欧泊填充InP后的形貌和反射谱特性

制备了人工opal晶体模板,运用MOCVD方法在SiO2人工opal球体间填充了高折射率的InP晶体,选择了MOCVD生长InP的有关参数.样品扫描电子显微镜及反射谱结果检测显示,InP晶体在二氧化硅间隙中的生长是均匀的,具有较好的结晶质量;高介电常数的InP的填充使人工欧泊光子晶体的光子禁带效应增强,反射峰移向长波长区.光学特性检测结果与理论计算值得到较好的符合.     

低压化学气相沉积技术制备锗反蛋白石三维光子晶体

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散SiO2微球组装形成三维有序胶体晶体模板,用低压化学气相沉积法填充高折射率材料锗,酸洗去除SiO2模板,获得了锗反蛋白石三维光子晶体.通过扫描电镜、X射线衍射仪和紫外-可见-近红外光谱仪对锗反蛋白石的形貌、成分、结构和光学性能进行了表征.结果表明:锗在SiO2微球空隙内具有较高的结晶质量,填充致密均匀.通过改变沉积工艺,可控制锗的填充率;制备的锗反蛋白三维光子晶体具有明显的光学反射峰,表现出光学带隙效应.测试的光学性能与理论计算基本吻合.     

低压化学气相沉积技术制备锗反蛋白石三维光子晶体

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散SiO2微球组装形成三维有序胶体晶体模板,用低压化学气相沉积法填充高折射率材料锗,酸洗去除SiO2模板,获得了锗反蛋白石三维光子晶体.通过扫描电镜、X射线衍射仪和紫外-可见-近红外光谱仪对锗反蛋白石的形貌、成分、结构和光学性能进行了表征.结果表明：锗在SiO2微球空隙内具有较高的结晶质量,填充致密均匀.通过改变沉积工艺,可控制锗的填充率;制备的锗反蛋白三维光子晶体具有明显的光学反射峰,表现出光学带隙效应.测试的光学性能与理论计算基本吻合.     

中红外完全带隙Si反蛋白石光子晶体的制备与光学性能研究

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2胶体晶体,采用低压化学气相沉积法填充Si,制备得到Si反蛋白石(opal)三维光子晶体.采用扫描电子显微镜对Si反opal的显微形貌进行表征,采用平面波展开法理论模拟Si反opal的光子带隙,采用傅里叶变换红外光谱仪测试其光学性能.研究结果表明:Si在SiO2微球空隙内填充致密均匀,显微红外光谱测试的光子带隙反射峰位置及带宽与理论计算基本符合.变角度反射光谱测试表明,Si反opal沿不同角度入射时在中心波长3319nm处均存在明显的反射峰,证明其具有完全光子带隙,带隙位于中红外大气窗口区域.     

低温等离子体增强化学气相沉积法制备Ge反opal三维光子晶体及其光学性能

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2三维有序胶体晶体模板,采用等离子体增强化学气相沉积法在200℃低温条件下填充高折射率材料Ge,获得了Ge反opal三维光子晶体.实现了低于GeH4热分解温度的低温填充.通过扫描电镜、X射线衍射仪和傅里叶变换显微红外光谱仪对Ge反opal的形貌、成分和光学性能进行了表征.结果表明:沉积得到无定型态Ge,退火后形成多晶Ge,Ge在SiO2微球空隙内填充致密均匀.Ge反opal的反射光谱有明显的光学反射峰,表现出光子带隙效应,其带隙中心波长为1650nm和2640nm,测试的光学性能与理论计算基本符合.采用SU-8光刻胶薄膜也进行了Ge沉积,证实了SU-8模板可以耐受这一沉积温度.低温沉积降低了Ge的填充温度,可以直接采用不耐高温的高分子材料作为初始模板,单次复型制备得到多种构型的完全带隙三维光子晶体.     

门控下InGaAs/InP单光子探测器用于符合测量的时域滤波特性研究

基于砷化镓/磷化铟雪崩光电二极管(InGaAs/InP APD)的半导体单光子探测器因工作在通信波段,且具有体积小、成本低、操作方便等优势,在实用化量子通信技术中发挥了重要作用.为尽可能避免暗计数和后脉冲对单光子探测的影响,InGaAs/InP单光子探测器广泛采用门控技术来快速触发和淬灭雪崩效应,有效门宽通常在纳秒量级.本文研究揭示了门控下单光子探测器可测量的最大符合时间宽度受限于门控脉冲的宽度,理论分析与实验结果良好拟合.该研究表明,门控下InGaAs/InP单光子探测器用于双光子符合测量具有显著的时域滤波特性,限制了其在基于双光子时间关联测量的量子信息技术中的应用.     

全内反射型三角晶格光子晶体多模波导中的光传播特性

研究了光波在没有光子带隙的三角晶格型光子晶体多模波导中的传播特性. 利用等效折射率法,将该结构等效为三层平板介质波导,基于自映像原理,数值分析和模拟了其多模干涉效应. 研究结果表明,由于全内反射和分布式布拉格反射的联合效应,光场类似于传统波导模式,能高效地传输;随着填充率的增大,高透射区域将向波长减小的方向移动,带宽和透射率也随之增加, 研究结果为实际应用中选择适当的填充率提供了理论依据. 关键词： 光子晶体多模波导 全内反射 填充率 时域有限差分法     

高质量三维光子晶体的制备及其透射谱研究

设计了简易的压强可控自组装实验装置,制备了由直径为260 nm的聚苯乙烯(PS)胶体球组成的面心立方光子晶体.分析了压强的变化对光子禁带(PBG)深度及光子带隙边缘(PBE)坡度的影响,确定了合适的压强生长环境(P=5999.5 Pa).利用该实验装置,还进行了光子晶体的小批量制备,一次性制得了三块光子晶体,并从不同角度对每一块光子晶体的透射谱及不同光子晶体的透射谱进行了测量.同一光子晶体不同位置透射谱的重合、同一批次制备的不同光子晶体透射谱的一致性及光子禁带两侧的Fabry-Pérot振荡等均说明:该装置制备的光子晶体在大区域、大面积上是高度有序、均一和平整的;利用该实验装置进行光子晶体的小批量制备是可行的.     

磁化等离子体光子晶体的FDTD分析

磁化等离子体光子晶体是磁化等离子体和介质(真空)构成的人工周期性结构.本文用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(PLCDRC)时域有限差分(FDTD)算法分析了磁化等离子体光子晶体特性.分析了磁化等离子体参数对电磁带隙的影响.从时域的角度分析了高斯脉冲在磁化等离子体光子晶体中的传播过程，给出了时域反射和透射波形.从频域的角度给出了磁化等离子体光子晶体的电磁反射系数和透射系数，并对结果进行了分析. 关键词： 磁化等离子体 光子晶体 时域有限差分法     

Diffractionless optical networking in an inverse opal photonic band gap micro-chip

We present a design for a photonic crystal (PC) all-optical micro-chip based on a three-dimensional (3D) inverse opal heterostructure intercalated with a two-dimensional (2D) triangular lattice photonic crystal slab. Within the 2D micro-chip layer, we demonstrate single-mode (diffractionless) waveguiding of light in air, throughout a bandwidth of more than 70 nm near 1.55 μm. This suggests that inverse opal photonic band gap (PBG) materials can facilitate on-chip optical networking functions over the telecommunication frequency band used in current-day optical fibers.     

Controlling the photoluminescence spectroscopy of quinacrine dihydrochloride by SiO_2 inverse opal photonic crystal

Manipulation of the photoluminescence spectra of light-emitting materials doped in three-dimensional （3D） inverse opal photonic crystals is investigated. Quinacrine dihydrochloride molecules doped highly ordered SiO2 inverse opal is successfully synthesized by co-assembly combined with double-substrate vertical infiltrate method. The quinacrine dihydrochloride-doped and-undoped SiO2 inverse opals each exhibit an apparent photonic band gap （PBG） in the visible light region. Significant suppression of the emission is observed when the PBG is overlapped with the quinacrine dihydrochloride emission bands. The mechanism of suppression effect of PBG in inverse opal on the fluorescence intensity of quinacrine dihydrochloride molecules is studied.     

Photonic crystals for applications in photoelectrochemical processes: Photoelectrochemical solar cells with inverse opal topology

Photonic crystal structures, that present strong light localization effects near photonic band gap frequency regions, can be very useful to maximize chemical processes of phototoactive materials. One example is the use of photonic crystals to improve solar energy harvesting in photoelectrochemical solar cells. Here, we describe the optical monitoring synthesis of macroporous materials, with inverse opal topology, made of transition metal and rare-earth oxide nanoparticles. Through the optical properties we can obtain information concerning both infiltration and over layer growth. Finally, we report on the efficiency improvement of photoelectrochemical cells when titania inverse opal topology is used.     

Fabrication of 3D inverse opal structured photonic crystal by using wedge-shaped cell method

A simple and low cost fabrication method for three dimensional inverse opal structured photonic crystal by using wedge-shaped cell (WSC) was suggested and demonstrated. The key idea of our method in the infiltration process was that the opal template was attached on the upper plate of the WSC, by which we could prevent the surface sedimentation of suspension. The micro shape and the transmission spectrum of the fabricated inverse opal structured photonic crystal were measured and discussed.     

Large-scale ZnO inverse opal films fabricated by a sol–gel technique

We demonstrate that high-quality large-scale ZnO inverse opals can be fabricated by a simple sol–gel technique, comprising infiltration of polystyrene colloidal crystal films with zinc nitrate solution, drying and annealing at 300 C. This simple method yields continuous films, which consist of inverse opal domains (up to several hundreds of μm² in size), separated by small cracks filled with zinc oxide. Microradian X-ray diffraction was employed to verify the crystalline quality of ZnO inverse opals on the macroscale, revealing that the samples have a predominant face-centered cubic structure, and that the majority of domains have the same crystallographic orientation. The samples exhibit bright iridescence and possess photonic stop-bands in the visible to near-infrared spectrum.     

圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体的制备及其光学性质

研究了在圆柱曲面基底上自组装空心和实心的圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体的方法. 用垂直沉积法在不同曲率半径的毛细管内自组装了空心圆柱形聚苯乙烯(PS)蛋白石结构光子晶体薄膜和二氧化硅 (SiO₂) 反蛋白石结构薄膜; 用类重力沉积法制得实心圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体, 并讨论了这一生长方式中的状态变化过程及影响因素. 用扫描电子显微镜对样品内部结构进行了表征, 用光谱仪测试了光子晶体薄膜的反射光谱, 结果表明: 基底曲率半径和微球粒径的大小是影响空心蛋白石和反蛋白石薄膜质量的主要因素; 微球大小是影响实心结构有序性的主要因素. 关键词： 反蛋白石 空心圆柱 溶胶凝胶协同自组装