动态光子晶体产生方法技术

动态光子晶体产生方法，以高频驱动电源结合压电换能器产生超声波耦合到声光晶体中，当声光晶体中有超声波传过时，材料的折射率受应变的调制而呈周期性变化，声光晶体具有光子带隙，且光子带隙随超声波的调制而改变，成为动态光子晶体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于光子晶体领域技术。
技术介绍
光子晶体是一种具有周期性调制介电函数且具有光子能带和带隙结构的一类人工材料，这一概念是在1987年由美国贝尔通讯研究中心的Yablonovitch和普林斯顿大学物理系的John分别独立提出的。光子晶体是由不同介电常数的材料交替排列构成的周期结构，当电磁波在其中传播时，光波色散曲线成带状结构，带与带之间出现类似于半导体禁带的“光子禁带”，频率落在禁带中的电磁波被严格禁止传播，从而由光带隙结构控制着光在光子晶体中的运动，从而光子晶体也被称为“光的半导体”。自光子晶体概念提出以来，理论方面主要以计算和测试静态光子晶体的光学性质为主；器件方面主要以研究光子晶体偏振器、光波导、光子晶体激光器、光子晶体光纤等被动光学器件为主。随着研究工作的深入，人们发现对于特殊结构或材料的周期结构，在外在作用的调制下，形成光子带隙且可调，或静态光子晶体的光子带隙动态可调，具有上述特征的光子晶体称为动态光子晶体。近年来动态光子晶体已成为光子晶体研究领域新的研究热点。目前，动态光子晶体主要研究在光、电场、温度、化学和生物环境的变化、压力等外在调制作用下，静态光子晶体的光子带隙、缺陷能量水平、光折射等关键光学性质的变化。根据文献检索，美国Stanford大学研究了一种具有缺陷的四方晶格介质柱型耦合阵列式光子晶体结构，在入射脉冲光作用下实现对静态光子晶体折射率等光学性质的调制(Mehmet F.Yanik，Shanhui Fan，STUDIES IN APPLIEDMATHEMATICS，115233-253，2005)。日本Osaka大学研究了将液晶材料填充于蛋白石结构光子晶体中，在温度的调制作用下，光子晶体禁带位置发生偏移，形成一种动态光子晶体(Katsumi Yoshino，Yuki Shimoda，et al，Temperaturetuning ofthe stop band in transmission spectra of liquid-crystals infiltratedsynthetic opals as tunable photonic crystal，Appl Phys Lett，75(7)，1999)。美国Colorado大学研究了采用真空毛细管作用将单轴向列液晶MerckPCH5填充于蛋白石结构光子晶体中，研究发现当液晶分子的长分子轴向平行于球表面时，在外界电场作用下，光子晶体的布拉格反射光谱发生偏移(DaeseungKang，Joseph E.Maclennan，et al.Electro-optic Behavior of Liquid-Crystal-Filled Silica Opal Photonic CrystalsEffect of Liquid-Crystal Alignment，PhysRev Lett，86(18)，2001)。加拿大和德国的研究人员发现将液晶E7填充于呈三角排布的二维光子晶体空气孔中，当外界温度升高时，液晶材料E7由向列分布变为各向同性，则H偏振的光子禁带偏移70nm(S.W.Leonard，J.P.Mondia，et al.Tunable two-dimensional photonic crystals using liquid-crystal infiltra-tion，Phys Rev B，61(4)，2000)。德国研究人员采用表面声波的弹光效应调制一维静态光子晶体的结构尺寸和折射率，利用新的散射过程提高表面声波调制器的效率(Paulo V.Santos，Collinear light mod-ulation by surface acousticwaves in laterally structured semiconductors，J Appl Phys，89(9)，2001)。上述文献主要研究了在外界脉冲光、表面声波和温度的调制作用下，静态光子晶体的折射率、光子带隙等光学性质发生变化，并未涉及在超声波(体声波)的调制作用下，声光晶体材料的折射率受应变的调制而呈周期性分布，致使声光晶体成为具有光子带隙且可调的动态光子晶体；同时，上述文献所涉及的都是基于光子晶体结构，而光子晶体结构的制作本身就是光子晶体研究领域的难点所在，而将液晶材料填充于光子晶体的空气间隙中，实验难度也很大。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术实验制作难度大的问题，提供一种，它采用超声波调制声光晶体产生动态光子晶体并不涉及光子晶体结构的制作，并有多种声光晶体可应用于本专利技术，同时通过调制高频驱动电源的输出电功率、工作频率而改变光子带隙，大大降低了实验难度且灵活易行。本专利技术的技术方案，其特点在于以高频驱动电源结合压电换能器产生超声波耦合到声光晶体中，当声光晶体中有超声波传过时，材料的折射率受应变的调制而呈周期性变化，声光晶体具有光子带隙，并且光子带隙与声光晶体的声光优值和超声波功率成正比，与压电换能器面积成反比，即当压电换能器面积一定时，声光晶体的声光优值和超声波功率越大，光子带隙频率范围越宽；同时，光子带隙随超声波的调制而改变，即对于同一声光晶体，当压电换能器面积一定时，光子带隙频率范围随超声波功率的调制而改变，当超声波功率增大时，光子带隙频率范围增加，成为动态光子晶体。所述的超声波的产生采用高频驱动电源，载波信号为正弦波，输出电功率0～15W可调，工作频率160～200MHz可调，电源输入电压为220V。所述的声光晶体种类为固体声光晶体材料，如熔石英、钼酸铅、氧化碲、碲玻璃、重火石玻璃。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)以超声波调制声光晶体产生光子带隙，并不涉及光子晶体结构的制作，并有多种声光晶体可供选择，大大降低了实验难度；(2)通过高频驱动电源的输出电功率、工作频率的调制而改变光子带隙，实验上灵活易行。附图说明图1为本专利技术的超声波产生的结构示意图；图2为本专利技术的压电换能器结构示意图；图3为本专利技术的动态光子晶体的光子带隙图；图4为本专利技术的超声波调制声光晶体材料实验示意图。具体实施例方式结合附图对本专利技术作进一步说明。图1所示为超声波产生实验示意图。图中电源采用高频驱动源，载波信号为正弦波，输出电功率0～15W可调，工作频率160～200MHz可调，电源输入电压为220V。图中压电换能器采用铌酸锂晶体。图中声光晶体材料可选择氧化碲、钼酸铅、熔石英等。以高频驱动电源、压电换能器结合声光晶体产生超声波。本专利技术的超声波产生通过以下步骤完成(1)声光晶体抛光和定向；(2)压电换能器抛光；(3)压电换能器和声光晶体进行粘结；(4)对粘结好的压电换能器进行减薄；(5)镀电极于压电换能器上；(6)通过电极连接压电换能器与高频驱动电源；(7)高频驱动电源结合压电换能器产生超声波，再耦合到声光晶体中进行调制，材料的折射率因调制而作周期性变化。图2所示为压电换能器的结构示意图。图中斜线区表示换能器，L表示换能器的长度，H表示换能器的宽度。斜线区域以外表示声光晶体，W表示声光晶体的宽度。图3所示为动态光子晶体的光子带隙。图中横坐标为波矢，纵坐标为频率。图中的n＝1，n＝2，n＝3，n＝4，n＝5分别表示光子晶体的不同光子能带。例如n＝1本文档来自技高网...

【技术保护点】
动态光子晶体产生方法，其特征在于：以高频驱动电源结合压电换能器产生超声波耦合到声光晶体中，当声光晶体中有超声波传过时，材料的折射率受应变的调制而呈周期性变化，声光晶体具有光子带隙，且光子带隙随超声波的调制而改变，成为动态光子晶体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓玉，高洪涛，孙祖红，钟德蓉，严佩英，姚汉民，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]