[发明专利]一种基于全息光刻技术制备手性Woodpile光子晶体的方法

说明书

本发明属于光子晶体制备技术领域，涉及一种基于全息光刻技术制备手性Woodpile光子晶体的方法，从激光器发出的光束经过扩束准直后，通过多孔光阑分光获得四束光，分别经过置于上下空间的Dove棱镜和正六切面棱镜后汇聚干涉，Dove棱镜上下表面、前后侧面为透光面，棱镜左右两内侧为镜面；正六切面棱镜内侧面为镜面，全反射入射光束，上下面为透光面，四束光汇聚干涉单次曝光即可实现Woodpile光子晶体的制备,其方法简单易行、经济便捷、能够大面积制备所需光子晶体结构。

技术领域：

本发明属于光子晶体制备技术领域，涉及一种基于全息光刻技术制备手性Woodpile光子晶体的方法，特别是一种采用组合棱镜系统制备手性Woodpile光子晶体的方法。

背景技术：

近年来，随着凝聚态物质观测技术的发展，科研工作者在它们的能带结构中观测到80多年前Hermann Weyl预言的Weyl点，引起了人们对Weyl费米子的探索兴趣。Weyl点是三维k空间中两个带隙的不可移除的交叉点，即使再小的扰动也不能打开带隙，只是在k空间中移动了Weyl节点的位置。最近，在电子实验系统中已经被观测到通过采用反演或者打破时间反演对称性，Weyl半金属可以在Dirac半金属中实现，而且通过在微波频率(10GHz)下测量不同角度的double gyroid光子晶体样品的传输，可以观察到Weyl点能带结构；在声学方面，也报道了一种用某种手性连接实现这种Weyl点的方案。另外，最近一个研究小组提出，可以在具有超冷原子或布拉格光谱的三维光学晶格中观察到这种Weyl点能带。然而，到目前为止这样的结构很难在光学频率下制造。

基于此，2015年香港科技大学C.T.Chan课题组报道了由于手性Woodpile光子晶体的手性连接，Weyl点能够在该光子晶体中存在，但是并未实现大面积制备可见光波段的Woodpile光子晶体。通过对紧束缚模型手性光子晶体的分析，可以有效哈密尔顿量减小可以用Weyl形式在某些高对称性的k点处记录，同时带有拓扑电荷1或2的Weyl点出现在能带结构中,这样的Weyl点受到不同螺旋旋转对称的保护，并且不依赖于材料或尺寸。因此，设计了由银和硅组成的手性Woodpile光子晶体模型，通过仿真模拟在能带结构中可以观测到单个或两个Weyl点，该方法是在可见光频率下实现光子Weyl点的最有前途的方法，在光学实验中可以观察到几个特征：通过检测不同入射角度的透射带的结构，在透射光谱中找到Weyl点；在边缘状态的频率下也可以观察到稳健的单向传输。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种基于全息光刻技术制备手性Woodpile光子晶体的方法，通过讨论Woodpile光子晶体的光学晶格和倒易矢量的关系，用解析法分析产生手性Woodpile晶格的光路构型，在得到光束配置构型的同时还可以得出对应光学晶格结构的晶格常数表达式，并根据所得光路构型，得到用于制备该光子晶体的棱镜组合系统。

为了实现上述目的，本发明采用棱镜组合系统实现手性Woodpile光子晶体的制备，具体过程为：

(1)从激光器发出的线偏光,通过准直扩束系统和多孔光阑后获得四束相干光

(2)四束相干光由上下两部分组成，其中上部分为棱镜A产生的一束相干光其与水平方向呈30°的光束，相干光从棱镜A上表面入射到左侧面并发生反射，继而通过右表面发生反射，通过两次镜面反射后入射到样品位置如图6所示，下部分为棱镜B产生的三束相干光各束相干光在x-y平面的投影相邻之间夹角均为60°，通过选择多孔光阑2，使三束相干光从棱镜B底部入射到侧表面并发生反射,以相同入射角在棱镜B下表面汇聚，其中一束相干光透过棱镜A射入棱镜B，通过镜面反射，反射到样品位置，其余两束相干光直接射入棱镜B，通过镜面反射，入射到样品位置；

(3)上述四束光在汇聚处干涉，单次曝光形成手性Woodpile光子晶体。

本发明制备的手性Woodpile光子晶体的晶格基矢为：

倒格基矢：