[发明专利]一种金属掺杂全空间或准全空间光子晶体制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全空间或准全空间光子晶体，属于光电子技术领域。

背景技术

光子产业中存在着一种基础的材料——光子晶体，光子晶体的研究不仅仅是光通讯领域内的问题，同时它对其他相关产业也将产生巨大的影响。自从1987年Yablonowitch和John分别独立地提出了光子晶体和光子禁带的概念以来，光子晶体就成为国内外都受到极大重视的热点课题，在光学物理、凝聚态物理、电磁波、信息技术等领域引起了人们广泛的关注。在这短短二十年里，光子晶体在理论研究和实验研究方面都取得了显著的成果，并且在某些领域也有了一定的应用，比如光子晶体光集成回路、光子晶体光波导、光子晶体滤波器等。但这毕竟是一种全新的概念，对它的研究还不够深入和广泛，其很多特性还没有得到很好的应用，有必要开展进一步的研究，尤其是在可见光波段全向禁带的实现与展宽方面。而光子晶体三维全空间禁带的获得是光子晶体诸多应用得以实现的前提，因此，三维全空间或准全空间禁带的实现及其制备技术更是受到人们的广泛关注，并一直是光子晶体领域理论、实验和应用研究所关注的热点。

为了实现全空间禁带，人们把注意力主要投在寻找特殊材料和各种技术上难实现的复杂结构上。然而，这些方法均涉及一个共同的问题，即要使用特殊的现在很难得到甚至不存在的材料，例如，两种折射率相同但波阻抗不同的磁性材料、负折射率材料等。因此，这方面的研究也只能停留在理论研究的层面上。另一方面，受加工技术的限制，复杂的光学结构很难实现或成本极高，目前所实现的全空间光子禁带几乎都是在微波波段或远红外波段。制作具有可见光范围内光子禁带的光子晶体的报道尚不多见。另外，光子晶体的常规制作方法是相当复杂和困难的，其成本相当高，很难大面积生产，对光子晶体的进一步发展应用有一定的阻碍作用。尤其是，可见光范围内光子晶体的结构细微、晶格常数小，也给其制作带来了困难。因此，找到一种简单易行、成本不高的方法制作出在可见光波段具有全空间禁带的光学结构，对光子晶体的发展和应用都具有极为重要的意义。

目前，国内外都在广泛开展获得全空间禁带的理论和实验研究。

在国际上，人们已提出了全息法制作面心立方结构、金刚石结构、各种准晶结构和螺旋结构等。Meisel等人给出了用全息法制作斜方晶系、面心、体心、金刚石结构的理论分析；Poole等人实现了斜方晶体结构的模版。在全空间禁带的研究方面，人们的主要注意力放在寻找高折射率、磁性、负折射率等这些目前很难实现的特殊材料和各种复杂结构上，这使得全空间禁带研究工作的深入开展遇到了很大的困难。

发明内容

本发明就是为解决上述问题而提出的，提供一种纳米金属掺杂的全空间禁带光子晶体及其制作方法，具有成本低，结构简单等优点，很好的解决现有技术中所存在的问题之一或全部。

发明人使用纳米金属对光刻胶进行掺杂，然后使用掺杂后的光刻胶制作光子晶体，从而获得了全空间或准全空间禁带的光子晶体结构。光刻胶的折射率不够高是制约光刻胶光子晶体出现全空间禁带或准全空间禁带的主要原因。对光刻胶进行纳米金属掺杂之后可有效提高光刻胶的折射率，而用这种掺杂后的光刻胶做光子晶体可以大幅提高光子晶体的禁带宽度。其中掺杂的纳米金属包括纳米Au，Ag，Al等金属纳米颗粒，也可以是纳米的金属氧化物，例如TiO₂、ZnO、In₂O₃、SnO₂、Cr₂O₃、ZrO₂、Ta₂O₅、NbO、Nb₂O₃、Nb₂O₅，所用的掺杂方法为纳米插层法，掺杂步骤在甩胶之前完成，这样不会显著增加过程的复杂性。该方法是在现有光刻胶的基础上进行掺杂处理，这种方法首先不会显著增加成本，也不会显著提高光子晶体制作过程的复杂性，从而以一种简单低成本的方式实现了全空间或准全空间禁带的光子晶体。

具体实施方式

本发明的金属掺杂全空间或准全空间光子晶体制作方法包括以下步骤：

1.在制作光刻胶的过程中使用纳米插层法将纳米金属掺杂进光刻胶中；

2.将上述纳米金属掺杂的光刻胶在基板上进行甩胶，获得制备光子晶体所需的带胶基板；

3.使用上述带胶基板进行光子晶体的制备。

其中所掺杂的纳米金属包括纳米Au，Ag，Al等金属纳米颗粒，也可以是纳米的金属氧化物，例如TiO₂、ZnO、In₂O₃、SnO₂、Cr₂O₃、ZrO₂、Ta₂O₅、NbO、Nb₂O₃、Nb₂O₅。上述纳米金属的掺杂比例可根据不同的掺杂物质而有所改变，以不影响光刻胶的感光性质为前提。其中优选为In₂O₃，其对于光刻胶在制作光子晶体过程中产生的影响最小。