[发明专利]一种大面积二维光子微结构的制作装置及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光子学微结构制造领域，尤其涉及一种大面积二维光子微结构的制作装置及制作方法。

技术背景

光子晶体是一种介电常数(或折射率)在空间呈周期性变化的光子微结构，它是一种新型的光学材料。光子晶体的出现使信息处理技术的“全光子化”和光子技术的微型化与集成化进一步成为可能，它可能在未来导致信息技术的一次革命。

准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶结构具有长程有序的特点并具有特定的衍射图案，然而不具有晶体所具备的平移对称性。因此准晶具有晶体结构中所不具备的某些独特的物理性质，比如旋转对称性。把准晶结构的特殊性质应用到光子晶体领域，产生了一种新的光子学微结构，叫做光子准晶。由于准晶结构存在高度的旋转对称性，所以相比于以往的周期性光子晶体，光子准晶易于呈现出各向同性的光子带隙特征。因此光子准晶是一种更具应用前景的光子微结构。

大面积的光子微结构在光通信、光网络、光计算和集成光学中具有重要的应用。传统的制作光子微结构的方法，如：离子交换、离子束注入、刻蚀以及薄膜沉积等存在设备复杂，工艺复杂、成本昂贵，生产效率较低的缺点，限制了光子微结构的实用化。光诱导技术是一种结合了多束相干光的干涉特性和光折变材料的激光敏感特性的方法，常用来制作光折变光子晶格。光折变光子晶格也是一种光子学微结构，属于光子晶体的范畴。通过不同数目的激光束干涉并辐照光折变材料，可以在光折变材料内部形成各种各样的周期和准周期的微结构。光折变光子晶格的制作工艺简单，涉及的设备也相对简单，成本较低，且制作的微结构具有较长的暗存储时间、光折变材料本身可循环使用。因此，光折变光子晶格具有很高的研究价值和广阔的应用前景。

光折变材料中制作的光子微结构的面积取决于光折变材料被激光束辐照的面积。当发生干涉的激光束具有较大的面积时，光折变材料的辐照面积也会比较大，这样就能够制作出大面积的光折变光子晶格微结构。然而，若使用传统的干涉方法来制作光折变光子晶格微结构，当需要使三个以上的宽相干光束产生干涉时，所需光路比较复杂，难以调节；尤其是在制作光子准晶结构时，随着结构对称性的增加，需要更多的光束来产生干涉，这对于传统的干涉方法来说是难以实现的。于是掩膜板方法以其极其简单的光路取代了传统干涉方法，制作出了光子准晶结构和复杂的光子晶格微结构。然而掩膜板方法中细窄的光束也决定了制作出的结构面积较小、晶格周期数较少，不利于光子微结构的进一步应用。

因此，针对现有的光子微结构制备方法中存在的生产效率较低，或者制作面积小的缺点，市场上亟需一种能够制作大面积的二维光子微结构的简单方法以及结构灵活、成本低廉、易于实现的制作多种大面积二维光子微结构的装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提出了一种大面积二维光子微结构的制作装置，包括：激光器、空间滤波器、准直透镜、多光楔棱镜和载物单元；其中，所述载物单元上设置有感光材料；所述激光器、所述空间滤波器、所述准直透镜、所述多光楔棱镜和所述感光材料依次设置在同一光轴上；所述激光器用于产生激光束；所述空间滤波器用于对所述激光束进行滤波与扩束；所述准直透镜用于对滤波与扩束后的所述激光束进行准直；所述多光楔棱镜用于将准直后的所述激光束转换为多个大面积相干光束并使之发生干涉，产生大面积干涉图案；所述大面积干涉图案投射到所述感光材料上，在所述感光材料内形成大面积二维光子微结构。

本发明提出的大面积二维光子微结构的制作装置中，所述多光楔棱镜为多个光楔组成的光学棱镜。

本发明提出的大面积二维光子微结构的制作装置中，所述光楔具有相同的楔角。

本发明提出的大面积二维光子微结构的制作装置中，所述感光材料为光折变晶体、光刻胶、照相底片或全息干板。

本发明提出的大面积二维光子微结构的制作装置中，所述载物单元设置在所述多个宽相干光束的干涉叠加区域。

本发明还提出了一种大面积二维光子微结构的制作方法，其包括以下步骤：

步骤一：激光器发射激光束；

步骤二：所述激光束通过空间滤波器进行滤波与扩束；

步骤三：通过准直透镜对滤波与扩束后的所述激光束进行准直；

步骤四：准直后的所述激光束通过多光楔棱镜转换为多个大面积相干光束，并使所述大面积相干光束发生偏转，并叠加，在叠加区域发生干涉形成大面积的干涉图案；

步骤五：将所述干涉图案投射到感光材料上，在所述感光材料内形成大面积二维光子微结构。

本发明的有益效果包括：