自組裝制備二維光子晶體

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1、開題報(bào)告自組裝制備二維光子晶體作者：富鳴(981973)指導(dǎo)教師：周濟(jì)教授光子時(shí)代的來臨光子具有極高的信息容量和效率、極快的響應(yīng)能力、極強(qiáng)的互聯(lián)和并行能力、極大的存儲能力，以光子代替電子作為信息的載體是信息業(yè)的夢想。相對與今天的電子時(shí)代，人們自然認(rèn)為新世紀(jì)將是光子的時(shí)代。光子晶體半導(dǎo)體的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了對電子運(yùn)動的控制，將人類帶入了計(jì)算機(jī)與信息時(shí)代。，如果實(shí)現(xiàn)對光子流動的控制，那將給光子學(xué)、光電子學(xué)開創(chuàng)新的前景。我們將尋找類似的系統(tǒng)——？？？光子晶體的概念在介電常數(shù)周期性變化的三維介質(zhì)中，某些頻段的電磁波強(qiáng)度因破壞

2、性干涉呈指數(shù)衰減，無法在介質(zhì)中傳播，形成電磁波能隙。產(chǎn)生該能隙的周期性介質(zhì)材料就稱為光子帶隙（photonicbandgap）材料，也稱為光子晶體（photoniccrystal）。光子晶體的結(jié)構(gòu)特征光子禁帶的出現(xiàn)依賴于光子晶體的結(jié)構(gòu)和介電常數(shù)的配比。光子晶體中兩種介質(zhì)的介電常數(shù)比越大，就越有可能出現(xiàn)光子禁帶。電磁波帶隙的波長一般與介電體的周期長度相當(dāng)。一維到三維的光子晶體結(jié)構(gòu)缺陷對帶隙的調(diào)制光子晶體的制備光子晶體的應(yīng)用頻率范圍很廣，需要調(diào)整晶格尺寸來滿足這些不同頻段要求。加工方法變化很大。紅外區(qū)域的光子晶體微

3、波頻段的光子晶體。光頻光子晶體。需要得到納米到亞微米尺度的周期性，所以一直是一個(gè)技術(shù)上的挑戰(zhàn)，目前在實(shí)驗(yàn)室中制備可見光頻段三維完全帶隙光子晶體還沒有取得重大突破。光頻光子晶體的制備納米蝕刻。一種昂貴、精確、可靠的制備方法，并且有希望形成各種由計(jì)算得出的光子晶體結(jié)構(gòu)和缺陷；但是它太于復(fù)雜，需要技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。自組裝。這種方法簡單、便宜、高速；不足的是有序結(jié)構(gòu)的大小和純度受到限制，引入特定的缺陷困難。自組裝的具體方法有：重力場下沉積生成三維結(jié)構(gòu)、電化學(xué)方法沉積、模板指導(dǎo)合成、依靠蒸發(fā)控制‘結(jié)晶’、靜電相互排斥作用

4、下結(jié)晶、物理限制下的組裝、層疊法等。Vlasov等人于2001年11月在Nature公布其研究成果，在他們制備的單晶光子結(jié)構(gòu)中，缺陷可以減小至忽略，并且也可以準(zhǔn)確的控制缺陷的數(shù)量?？梢钥闯鲎越M裝制備光子晶體具有巨大的潛能。光子晶體的應(yīng)用高效率低損耗反射鏡光波導(dǎo)光子晶體微諧振腔高效率發(fā)光二極管低閾值激光振蕩偏振片光子開關(guān)光子晶體的應(yīng)用光子存儲器光子限幅器光子頻率變換器由于實(shí)現(xiàn)了對光子的限制、操縱和傳導(dǎo)，其也有望制出全光集成“電”路。光子晶體擁有非常廣闊的前景膠體微球制備二維有序陣列制備二維光子晶體，最關(guān)鍵的是要實(shí)

5、現(xiàn)介電體的二維有序排列。使用膠體微球進(jìn)行自組裝，并使其排成二維有序陣列，將是一個(gè)有效的途徑。通過長程相互作用，在空氣和液體的界面中形成二維膠體陣列通過蒸發(fā)，由毛細(xì)力形成二維有序陣列在固體表面依靠電泳作用，沉積成有序陣列蒸發(fā)法形成二維有序排列的機(jī)理研究設(shè)想本人在綜合論文訓(xùn)練期間的任務(wù)是，探索光頻下二維光子晶體的制備，設(shè)法用膠體微球制成的二維有序陣列，研究各種方法下形成二維陣列的大小、有序度狀況，力圖擴(kuò)大完整有序區(qū)域的尺寸研究設(shè)想使用蒸發(fā)的方法，控制基片表面能，控制蒸發(fā)速度，在玻璃基片或硅片上自組裝首先通過勻膠機(jī)的

6、旋轉(zhuǎn)，提高鋪展，而后利用蒸發(fā)控制使用液體作為基板，應(yīng)用蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)。研究使用電泳的方法，控制電壓、電流，沉積成二維有序陣列在自組裝的二維有序結(jié)構(gòu)生成之后，可以以其為模板完成很多后續(xù)工作。如可以用這種結(jié)構(gòu)作為保護(hù)層，對裸露部分進(jìn)行腐蝕、進(jìn)行離子束轟擊或沉積等，在各種材料上腐蝕和生長出二維的周期結(jié)構(gòu)，以期得到二維完全帶隙材料。此外，可以考慮以二維陣列為模板，繼續(xù)進(jìn)行生長、或采用疊層法，將二維結(jié)構(gòu)堆垛為三維結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步探索制備三維光子晶體的可行性。