LaPO4∶Ce3+,Tb3+反蛋白石光子晶体自组装制备及调制光致发光性质的研究

三维LaPO4∶Ce3+,Tb3+反蛋白石光子晶体首先通过PMMA胶体模板的方法成功制备.系统的研究了光子晶体带隙对Ce3+和Tb3+的发射光谱和动力学的调制.很重要的发现在反蛋白石光子晶体中,由于三维光子晶体独特的空腔结构,稀土离子的自发辐射过程和再吸收过程都受到很大程度的调制,这些发现对于制备高功率的发光光源和激光装置都有很大的指导作用.     

电化学沉积制备二氧化钒反蛋白石光子晶体

通过电化学沉积方法向PS胶体晶体模板缝隙中填充五氧化二钒,焙烧去除模板后,在真空度小于10-2Pa,温度510℃下退火12 h,得到具有特定应用价值的二氧化钒反蛋白石(opal)光子晶体.用扫描电镜观察样品的微观形貌,用X射线衍射分析样品成份.实验结果表明,通过电化学沉积制备出的二氧化钒反蛋白石光子晶体,相变电阻突变数量级在2～3之间,相变温度62℃左右.     

具有梯度结构的蛋白石光子晶体的制备

具有梯度结构的蛋白石光子晶体具有独特的光学性能。本文通过垂直沉积法和电场诱导沉积等方法共同作用将具有不同直径的聚苯乙烯(Polystyrene)胶体微球逐层组装在一起,制备出具有梯度周期尺寸变化的蛋白石结构。     

光子晶体的研究现状与最新进展

光子晶体是具有光子带隙的一种新型光学材料,由于其奇特的调节光子运动状态的特性,在光导纤维通信和光子计算机等领域中有着广泛的用途或潜在用途.本文系统地综述了光子晶体的产生、结构、制造和可能的应用,并介绍了光子晶体的最新研究进展.     

异质结构光子晶体的制备与带隙特性研究

本文采用多次垂直沉积法制备出了可见光范围的多重异质结构光子晶体,并对其形貌特征和带隙特性进行了分析.扫描电镜图像表明:所制备的异质结构光子晶体排列规整、不同结构间界面明显.光学吸收光谱分析结果表明:异质结构光子晶体与各单一结构光子晶体带隙相比,带隙明显增大,为各单一结构光子晶体带隙的叠加,且与不同结构的叠加顺序无关.     

等离子体光子晶体研究进展综述

光子晶体作为控制电磁波传输的一种新型材料,以其优越的性能和广阔的应用前景近年来受到了国内外学者的广泛关注.如何制作结构参数可调的光子晶体,特别是如何加强其可重构性、可控性是当前光子晶体领域的一项重要课题.针对于此,本文对一种新型可调等离子体光子晶体超材料的研究进展进行了系统讨论.简要回顾了等离子体光子晶体的发展历史,介绍了等离子体光子晶体的实验产生方式和分类,阐明了等离子体光子晶体不同理论研究方法,并对其未来发展趋势进行了展望.从理论和实验两方面对等离子体光子晶体进行了深入分析.本工作为今后该领域的深入发展以及广泛应用提供了一定借鉴意义.     

SiO2双尺寸光子晶体的自组装及稳定性探索

采用St?ber法制备不同尺寸SiO2胶体球,利用多次垂直沉积法制备SiO2双尺寸光子晶体.通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对所得双尺寸光子晶体的形貌和排列方式进行表征.对双尺寸光子晶体的生长过程进行探讨,研究界面作用力及胶体球间相互作用力对制备稳定结构的影响.研究结果表明,SiO2双尺寸光子晶体具有更加有序稳定的结构.胶体球间的相互作用力随胶体球粒径增大而增大,大粒径胶体球更有利于形成稳定的结构.     

化学还原法向二氧化硅人工欧泊中填充Se

本文提出了一种新的调节人工欧泊晶体的光学带隙的方法.采用改进的溶剂蒸发法将单分散SiO2微球组装成在红外光区具有光子带隙的人工欧泊,采用化学还原法向欧泊中填充高折射率材料Se,改变其光学带隙特性.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射和可见-近红外光谱仪(VIS-NIR)等对Se-SiO2三维光子晶体的形貌、结构和光学性能进行了观察测试.研究结果表明Se以纳米晶粒的形式均匀地包覆在SiO2微球表面,与相同晶格周期的SiO2光子晶体相比,Se-SiO2光子晶体的带隙发生明显的红移.     

空气放电中自组织等离子体光子晶体研究

采用平板双水电极介质阻挡放电装置,通过放电丝的非线性自组织,在空气放电中获得不同对称性二维等离子体光子晶体.随外加电压升高,等离子体光子晶体经历了从等边三角晶格到四方晶格结构的转化.在实验测量数据的基础上,采用平面波展开方法计算了等离子体光子晶体转化过程中的带隙结构变化.提出了一种在空气放电中实现的新型可调等离子体光子晶体.     

基于带隙分析的三维反蛋白石光子晶体的非理想态结构参数的求解

应用平面波展开法分析了三维反蛋白石结构光子晶体的带隙性质;计算了沿[111]方向入射时其赝带隙(第一、第三赝带)中心频率分别与填隙材料在模板中填充率ff、模板煅烧因子sf的关系曲线:随ff的减小,v增大;随sf的增大,v随之增大,非理想状态下,ff＜100;、sf＞1,因此较理想态发生蓝移;由此提出了求解平均填充率ffev与平均煅烧因子sfev的计算框图.     

Processing optimization and optical properties of 3-D photonic crystals

The synthesis optimization of three-dimensional photonic crystals (direct and inverse opals) is discussed in terms of the influence of processing parameters on the final optical quality. A colloidal/sol–gel route, starting with the self-organization of polystyrene microspheres into opal structures by convective self-assembly, followed by infiltration with a dielectric matrix precursor sol and heat treatment, has been followed. Several substrate hydrophilization methods have been tested and different substrates. Sol–gel infiltration of the opal template interstices with silica was achieved by dip-coating or micro-syringe application and it was followed by removal of the polymeric template. The concentration of the colloidal sol, containing polystyrene spheres of 235 or 460 nm in diameter, was optimized. The structural and optical properties of the opals and inverse opals have been studied by field emission scanning electron microscopy and optical reflectivity spectroscopy, in order to assess the relationship between their structure and the photonic properties obtained. By using borosilicate glass substrates hydrophilized with hydrochloric acid, colloidal photonic crystals of good quality have been obtained, with well ordered regions up to ～100 μm². By monitoring the effective refractive index change with relative humidity of the surrounding atmosphere, using spectroscopic ellipsometry with an environmental chamber, it was concluded that the present photonic crystals are suitable for humidity sensing applications.     

Template effects on the morphology of ZnO via colloidal crystals with different functional groups

ZnO is an important wide bandgap compound semiconducting material and exhibits a wide range of novel structures that can be grown by tuning the growth rates along its fast growth directions. Highly ordered macroporous materials by using colloidal crystal template method are of great interest in many fields including photonic crystals and catalysts. In this study, ZnO with highly ordered porous structure was deposited by different electrochemical method. Nanomeshes, inverse opal structures, and spherical/ellipsoidal particles with pore arrays are fabricated by the colloidal crystals with different functional groups. The template effects on the morphology of the macroporous structures for different surface groups are studied. All the nanomeshes grows along the {111} plane family by colloidal crystals without functional groups. Disordered arrangements of the nanomeshes are induced by colloidal crystals with hydroxyl groups. The inverse opal structures fabricated by template with carboxyl groups are smoother in surface.     

一维光子晶体结构参数的随机扰动对其光学特性的影响

用特征矩阵法研究结构参数存在随机扰动的情况下一维光子晶体的光学特性, 无论是加工过程中介质层几何厚度的误差, 还是介质层折射率的随机波动都会影响一维光子晶体的光学特性.随机扰动对一维光子晶体带结构高频部分影响较大, 造成带结构消失, 甚至全部变成禁带; 随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响是使缺陷模的位置发生随机平移, 平移的程度与随机度有关, 介质层折射率的随机变化要比介质层厚度的随机变化对缺陷模位置的影响要大; 周期数目的增加可以部分地减小缺陷模的平移, 但同时会使缺陷模透射率减小,增加缺陷层厚度可以有效降低随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响. 本文的研究将对一维光子晶体的设计工作提供有价值的参考.     

利用水平沉积法制作PS微球二元胶体薄膜及其它复杂结构

本文采用水平沉积方法,制作出各种胶体晶体薄膜.以聚苯乙烯微球为构建单元,制作了多种二元胶体晶体和非单一平面的胶体晶体.为实现太赫兹光子晶体波导,还采用这一方法将线缺陷植入胶体晶体.结果显示通过该方法可以获得很好的有序结构,说明水平沉积方法可以广泛于各种胶体晶体制作.     

光子晶体多组元缺陷态问题研究

缺陷态光子晶体可以用于制作良好的谐振器、偏振器、滤光器等光学器件,具有重要的应用价值。本文发展了光子晶体缺陷态问题的PG有限元界面问题计算方法,有效地处理了各种不同组元体系、几何结构、界面形状、材料属性以及模态的光子晶体缺陷态问题。数值结果表明,二组元结构单点缺陷对带隙的影响较小,只是使局部范围内的波继续传播而产生一条缺陷带,多点缺陷使一些特定范围内的波可以传播而产生多条缺陷带,线缺陷产生的影响较大,可以使整个禁带消失。结合线缺陷与点缺陷,波导结构中的侧点缺陷可以有效地应用于光子晶体阻带内诱导窄通带或在波导的通带内诱导非常窄的阻带。三组元结构引入了不均匀介质、复杂介质形状以及不同几何结构的缺陷态。通过计算与分析发现Ω₃区域的介质形状对结果影响比较有限,表面层越不光滑禁带越窄,n型缺陷态在TM模中的高频区域更容易产生禁带。对于TE模来说,n型与v型的缺陷态更容易产生禁带。     

Microscopic modeling of the optical properties of semiconductor nanostructures

A brief overview of a consistent microscopic approach to model the optical and electronic properties of semiconductor nanostructures is presented. Coupled semiconductor Bloch and Maxwell equations are used to investigate the performance of semiconductor microcavity structures, photonic band gap systems, and lasers. The predictive potential of the microscopic theory is demonstrated for several examples of practical importance. Optical gain and output characteristics are computed for modern vertical external cavity surface emitting laser structures. It is shown how design flexibilities can be used to optimize the device performance. Nanostructures are proposed where semiconductor quantum wells are embedded in one-dimensional photonic crystals. For field modes spectrally below the photonic band edge it is shown that the optical gain and absorption can be enhanced by more than one order of magnitude over the value of the homogeneous medium. The increased gain can be used for laser action by placing quantum wells and a suitably designed photonic crystal structure inside a microcavity.     

光学超晶格:从体块到薄膜

光学超晶格是一种基于准相位匹配技术的非线性光学材料。通过铁电畴工程研制出不同微结构的光学超晶格,可以实现高效灵活的非线性频率转换,并对光场进行多维调控。光学超晶格的基质材料,经历了从体块到薄膜的发展,伴随着两种材料体系超晶格制备技术的突破,催生了激光变频技术、非线性光场调控和多功能集成光量子芯片等重要应用。