基于多孔硅的一维光子晶体研究

摘要

光子晶体是一种新型光学功能材料，它是由具有不同介电常数的材料在空间上作周期交替排列而得到的。其最基本的特征是存在类似于半导体中禁带的光子频率带隙(PBG)，频率落在带隙内的电磁波被禁止传播。多孔硅是一种非常引人注目的光学材料。由于采用多孔硅制作薄膜相对简便的制作技术、非常低的制作成本和孔度可调制等独特性质，让其成为了一种在光学应用领域非常具有潜力的材料。多孔硅的孔度在一定氢氟酸浓度下制作时与电流密度成正比，所以采用周期性变化的电流密度来制作多孔硅多层薄膜就形成了典型的一维光子晶体结构。这种结构在国外已经成为了研究热点，而在国内相关的报道还比较少。 本论文探索了一种利用多孔硅材料制作一维光子晶体的技术。论文讨论了各种工艺因素对制备过程的影响，并通过计算机模拟讨论了结构参数对结构光学质量的影响，最后成功制作了多孔硅一维光子晶体。 第一章对光子晶体的基本概念进行了扼要的论述，介绍了目前基于多孔硅的一维光子晶体的发展现状以及存在的主要问题，由此引出本论文研究的主要内容。 第二章重点论述了多孔硅一维光子晶体原理和制备方法。本论文探讨了电流密度、氢氟酸浓度、衬底类型、制备温度和阳极氧化时间等关键工艺因素对多孔硅一维光子晶体的影响。 第三章重点论述了多孔硅一维光子晶体的设计。论文采用传输矩阵的方法对多孔硅一维光子晶体的光学结构参数进行了讨论，并分析了周期数、折射率之比和中心波长对禁带的影响。论文还讨论了不同掺杂缺陷的多孔硅一维光子晶体的光学禁带。 第四章论述了多孔硅光子晶体的表征，在实验中，P型硅基的四十周期多孔硅一维光子晶体经由阳极氧化得以实现，其禁带宽度大于250nm，中心反射波长约为1600nm。在此基础上，光学长度为2λ的缺陷被成功的制作在上述的多孔硅一维光子晶体中。 第五章对全文工作进行了总结并对多孔硅一维光子晶体的前景进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

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第一章导论

第二章基于多孔硅一维光子晶体原理及制作方法

第三章多孔硅一维光子晶体的设计

第四章多孔硅一维光子晶体的表征

第五章结论与展望

参考文献

致谢

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