制造光器件的方法及光器件技术

为了制造具有沿二维方向伸展光子带隙以及沿任何方向有非常均匀性质和在任何偏振态下均匀到１％以内的光器件，在低折射率材料的基底内蚀刻空气细孔，例如，氧氮化硅或石英玻璃。空气细孔面积与基底其余面积之比率很低，它小于３５％。空气细孔确定基于正方形－三角形系统的１２重对称性的准晶体结构。在另一个研究中，具有正常晶体结构或准晶体结构的蚀刻基底展示非线性折射率。这种基底中的两个相邻面积有不同的点阵性质，或在点阵中有缺陷，从而建立单向传输路径（二极管作用）。利用非线性折射率，另一个光束可用于调制传输路径。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光器件，具体涉及展示光子带隙结构的光器件。
技术介绍
在我们先前的申请WO98/53351中，描述一种借助于光子带隙控制波导中辐射传播特性的方法。通过蚀刻支持某个波长下辐射传播的物质可以制成这种器件，例如，可见辐射。这个辐射可以是可见辐射或其他形式的电磁辐射，例如，紫外，红外和太拉赫芝辐射。在这个说明书中，术语“光辐射”包括这种其他形式的辐射。美国专利No.5,784,400公开一种含谐振腔的光器件，它包括展示光子带隙的平面二维周期性介质结构和造成光子带隙内电子模的周期性介质结构中缺陷。光子带隙实现该结构内产生的电磁辐射的面内空间约束。缺陷结构内产生的辐射可以借助于光子带隙区域内形成的波导中进行传播。在另一个实施例中，缺陷可用于控制从输入波导发射经缺陷结构到输出波导的辐射频率特性。然而，美国专利No.5,784,400所建议的器件在其传输特性上基本是线性的。美国专利No.5,559,825提出一种利用多个第一和第二介质层构造的光子频带边缘二极管。第二介质层是利用这样一种材料制成的，该材料的入射光强度与不同路径长度之间有非线性关系。这些介质层安排成叠层以传递空间光各向异性到通过其中的辐射传输。利用这种器件，在制造该介质层时要求很高的精确度以产生所需的传输特性。此外，由于这种结构，这些器件不容易与其他光器件集成在电路配置中。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供一种形成展示光子带隙结构的方法，该方法包括提供一种沿二维方向伸展的材料，并在所述材料中形成有第一折射率的第一区域，第一区域被第二折射率的第二区域或多个第二区域分隔开，这些区域确定展示长程序和短期无序的准晶体，并展示n重对称性，其中n大于或等于2，从而提供一个至少沿所述二维方向伸展的光子带隙。在第二方面，本专利技术提供一种展示光子带隙的结构，其中该结构包含沿二维方向伸展的材料，该材料包括第一折射率的第一区域，第一区域被第二折射率的第二区域或多个第二区域分隔开，为了提供一种展示长程序和短期无序的准晶体，并展示n重对称性，其中n大于或等于2，从而建立一个至少沿所述二维方向伸展的光子带隙。准晶体具有的对称面越多，该准晶体光学性质的各向同性就越多。光学性质在所有的方向上变得大致均匀，特别是光子带隙的宽度和中心频率。对于12重对称性，光学性质均匀到4％以内，并可以均匀到1％以内。此外，光子带隙可以沿垂直于该二维方向的第三维方向伸展。光子带隙对于所有的偏振态是均匀的。可以有各种形式的准晶体，准晶体可以仅仅在一维方向上展示变化，在此情况下，它有低的对称度，2重或大于2重。对于在二维方向上有不同几何形态的准晶体，该准晶体可以展示大于6重的任何对称度，例如，10重(Penrose铺砌)，15重，或更高。在一个优选实施例中，准晶体是基于具有12重对称性的随机正方形-三角形铺砌系统。这是因为这种系统具有适合于在材料基底中容易进行光刻再现的晶胞。基于Penrose铺砌的结构没有可以容易地通过光刻进行复制的晶胞。另一个方案是，晶胞是基于熟知的阿基米德铺砌(tiling)。在第三方面，本专利技术提供一种形成展示光子带隙结构的方法，该方法包括提供一种沿二维方向伸展并有相对低折射率的材料，折射率小于或等于3，和在所述层中形成有第一折射率的第一区域，第一区域被第二折射率的第二区域或多个第二区域分隔开，这些区域确定展示长程序和短期无序的准晶体，并展示n重对称性，其中n大于或等于2，从而建立一个至少沿所述二维方向伸展的光子带隙。二维层的材料可以是硅，锗，氮化硅或氧氮化硅，或光子应用中常用的任何其他半导体材料，例如，磷化铟或砷化钾，或包含这些材料的混合物合金，或塑料。然而，最好是低折射率材料，例如，氮化硅或氧氮化硅，或非晶态材料，例如，石英，或塑料。使用低折射率的主要优点是，在受到小损耗或后向反射时，容易耦合来自波导或玻璃光纤或其他低折射率材料的光进入该结构。在这个说明书中，我们考虑介电常数，介电常数等于折射率的平方。在第四方面，本专利技术提供一种形成展示光子带隙结构的方法，该方法包括提供一种沿二维方向伸展的材料，并在所述材料中形成有第一折射率的第一区域，第一区域被第二折射率的第二区域或多个第二区域分隔开，这些区域确定展示长程序和短期无序的准晶体，并展示n重对称性，其中n≥12，从而建立一个至少沿所述二维方向伸展的光子带隙。该材料可以沿三维方向伸展，确定准晶体的区域可以沿垂直于该二维方向的第三个方向伸展。在一个实施例中，准晶体结构可以形成光纤的包层或纤芯，这些区域确定沿光纤长度方向伸展的准晶体。在另一个实施例中，准晶体的区域可以形成三维阵列，为的是提供沿三维方向的准晶体几何形态。在另一个实施例中，第一区域形成沿其中一维方向伸展的长条，各长条之间的空间距离是非线性的，为的是提供这种二维带隙。在一个优选实施例中，准晶体几何形态仅仅确定在所述二维方向上。在第五方面，本专利技术提供一种形成展示光子带隙结构的方法，该方法包括提供一种沿二维方向伸展的材料，并蚀刻该材料以除去预定面积中的材料，蚀刻是沿垂直于所述二维方向的方向伸展的，从而确定有第一折射率的第一区域，第一区域被第二折射率的第二区域或多个第二区域分隔开，从而确定展示长程序和短期无序的准晶体，并展示n重对称性，其中n大于或等于2，从而建立一个至少沿所述二维方向的光子带隙，和其中第一区域面积与第二区域面积之比率是相对地低，它小于35％。使用低比率的优点是，蚀刻过程被简化，并可以精确地确定，和提高工作效率。在进一步研究中，我们开发了展示光子带隙并有电磁辐射的非线性，可控和/或非对称传播特性的器件，这些器件可用作开关，晶体管或二极管。按照本专利技术的另一方面，提供一种展示光子带隙的结构。其中该结构包括有第一折射率的第一区域材料，第一区域被第二折射率的第二区域或多个第二区域分隔开，为的是提供一种展示光子带隙的晶体或准晶体结构，其中该结构改变材料的性质以诱发显著的非线性效应，其中该结构的折射率取决于光入射到该结构上的功率。本专利技术的一个惊人特征是，按照本专利技术改变不具有显著非线性的材料，例如，氮化硅，使它具有显著的非线性效应。按照本专利技术的另一方面，提供一种光器件，包括至少有一条路径的实体，光辐射传输通过该路径，其中在横跨所述路径时，所述辐射的传输特性受到所述实体内第一区域和第二区域的约束，以及包括展示光子带隙的一种材料或多种材料，其中所述第一区域和第二区域互相之间的位置是这样的，使所述第一区域光子带隙相关的倏逝场与所述第二区域光子带隙相关的倏逝场相互作用，从而使所述传输特性基本上是非线性，非对称或可控的。按照本专利技术的另一方面，提供一种有通过第一和第二相邻面积的光传输路径的光器件，每个面积是由这样一种材料制成，第一折射率的第一区域被第二折射率的第二区域或多个第二区域分隔开，所述区域确定有光子带隙的晶体或准晶体结构，每个这种结构在其中有缺陷，从而在带隙内建立光子态和相关的倏逝场，第一面积和第二面积的倏逝场互相耦合，从而允许在光子带隙内进行传输，传输特性是非线性或非对称的。通过安排光子态有略微不同的能量，从而产生二极管作用，因为光从高能态到低能态的传输比从低能态到高能态的传输更容易。此外，本专利技术的非线性特征提供一种能够吸收多余能量的机构。按照本专利技术的另一方面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成展示光子带隙的结构的方法，该方法包括： 提供一种沿二维方向伸展的材料，并在所述材料中形成有第一折射率的第一区域，第一区域被第二折射率的第二区域或多个第二区域分隔开，这些区域确定展示长程序和短期无序的准晶体，并展示ｎ重对称性，其中ｎ大于或等于２，从而提供一个至少沿所述二维方向伸展的光子带隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰里米J包姆博格，马丁DB查尔顿，玛丽亚C内蒂，格雷戈里J帕克，马耶德E祖罗布，
申请(专利权)人：BTG国际有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]