一维光子晶体全角度反射器

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一维光子晶体是一种从垂直入射到掠入射的全角度范围内在特定波长范围内对TE波和TM波均具有极高反射率的周期介质反射器,该波长范围就是一维光子晶体的光子禁带。它打破了以往金属反射镜和介质反射镜的壁垒,实现了低损耗和全角度反射,因而在太阳能收集、热电转换和微腔激光器及目标搜索和成像方面有重要的应用价值。 一维光子晶体由两种或多种介质在一个方向上周期排列构成,本文分别从电磁波传播以及薄膜光学的角度分析了这种周期结构产生禁带的原因,分析结果表明对于特定的周期结构,某个频段的入射波与晶体中的传播解不匹配,光波不能传播,从而构成一维光子晶体的禁带。另外,本文还从理论上探讨了由各向异性介质构成的一维光子晶体的光学特性。 光子禁带的宽度由介质的折射率决定。折射率的比值越大,则禁带越明显。由于本研究着重于可见光区和近红外区的一维光子晶体,我们在实验中采用的是ZnSe和Na3AlF6两种材料。 由于在可见光波段,禁带比较窄,为获得一个较宽的禁带,我们采用几个膜堆迭加的结构,即结构为(H1L15(H2L25(H3L35H的膜系,并取得较好的效果。 在制作过程中,遇到大量的工艺问题,我们通过反复实验,分析了不同基板温度、蒸发速率等因素对材料成膜的影响,并由此确定了制作一维光于晶体的最佳工艺条件。 另外还用容差分析的方法分析了膜层折射率和厚度的偏差对其禁带的影响,并由此对结构设计作了一些调整。 根据大量的实验数据和分析结果,我们镀制出可见光区和近红外区的一维光子晶体,禁带分别有几十到一百纳米。 最后我们还介绍了国内外在一维光子晶体领域的一些研究进展与应用。
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