白光致三維光子晶體的制備方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種白光致三維光子晶體的制備方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光子晶體是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分別獨(dú)立提出，是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)。由于介電常數(shù)存在空間上的周期性，引起空間折射率的周期變化，當(dāng)介電系數(shù)的變化足夠大且變化周期與光波長相當(dāng)時(shí)，光波的色散關(guān)系出現(xiàn)帶狀結(jié)構(gòu)，此即光子能帶結(jié)構(gòu)(Photonic Band structures)。這些被禁止的頻率區(qū)間稱為“光子頻率帶隙”(Photonic Band Gap，PBG)，頻率落在禁帶中的光或電磁波是被嚴(yán)格禁止傳播的。我們將具有“光子頻率帶隙”的周期性介電結(jié)構(gòu)稱作為光子晶體。光子晶體在光通信、光互聯(lián)和集成光學(xué)等領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。
[0003]光子晶體的制備方法有許多種，包括機(jī)械打孔法、層層堆積法、膠體自組裝法、激光全息干涉法等等。一直以來，在體介質(zhì)中制作微觀尺寸的三維光子晶體是人們比較關(guān)注的課題。在文南犬 “Reconfigurable 3D photonic lattices by optical induct1n foroptical control of beam propagat1n，，(P.Zhang, N.K.Efremidis, et.al., AppliedPhysics B, (2011) 104:553-560)中用氬離子激光器作光源，在SBN晶體中制作了三維光子晶體。所采用的方法是沿相互垂直的兩個(gè)方向入射光，利用Talbot效應(yīng)在晶體中制作兩組二維光子晶體，疊加后形成三維光子晶體。文獻(xiàn)中采用的光是相干光，光源價(jià)格比較昂貴，維護(hù)成本高，光路復(fù)雜。所采用的材料SBN響應(yīng)快，擦除也快，所以儲(chǔ)存時(shí)間非常短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服以上技術(shù)的不足，提供了一種光路簡單、制備成本低、存儲(chǔ)時(shí)間長的白光致三維光子晶體的制備方法及裝置。
[0005]本發(fā)明克服其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種白光致三維光子晶體的制備方法，包括如下步驟:
a)設(shè)定立方體結(jié)構(gòu)的LiNb03:Fe晶體的光軸方向?yàn)閆軸；
b)波長范圍在380?750nm的非相干白光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡變換為準(zhǔn)平行光后沿X軸方向通過載有暗斑的振幅掩模，并通過成像透鏡將該振幅掩模上的暗斑陣列成像在立方體結(jié)構(gòu)的LiNb03:Fe晶體X軸方向的側(cè)面上，在該側(cè)面內(nèi)寫入折射率周期性變換的二維光子晶體；
c)利用波長范圍在380?750nm的非相干白光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡變換為準(zhǔn)平行光后沿Y軸方向通過載有暗斑的振幅掩模，并通過成像透鏡將該振幅掩模上的暗斑陣列成像在立方體結(jié)構(gòu)的LiNb03:Fe晶體Y軸方向的側(cè)面上，在該側(cè)面內(nèi)寫入折射率周期性變換的二維光子晶體；
d)相互垂直的兩組二維光子晶體疊加，形成三維光子晶體。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，還包括分別通過(XD監(jiān)測步驟a)以及步驟b)中LiNb03:Fe晶體X軸以及Y軸方向出射面。
[0007]為了進(jìn)一步降低制作成本，上述振幅掩模采用Photoshop制作出暗斑陣列，之后打印在透明片上的方法制成。
[0008]—種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述白光致三維光子晶體制備方法的裝置，包括:
LiNb03:Fe晶體9，其呈立方體結(jié)構(gòu)；
用于發(fā)出非相干白光的光源1、準(zhǔn)直透鏡1、載有暗斑的振幅掩模I以及與準(zhǔn)直透鏡I光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的成像透鏡I，其依次沿X軸方向設(shè)置于LiNb03:Fe晶體一側(cè)；以及
用于發(fā)出非相干白光的光源I1、準(zhǔn)直透鏡I1、載有暗斑的振幅掩模II以及與準(zhǔn)直透鏡II光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的成像透鏡II，其依次沿Y軸方向設(shè)置于LiNb03:Fe晶體一側(cè)。
[0009]上述光源I為白熾燈I，所述光源II為白熾燈II。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，還包括沿X軸相對(duì)白熾燈I設(shè)置于LiNb03: Fe晶體另一側(cè)的透鏡III，所述透鏡III后方設(shè)置有(XD I。
[0011 ] 為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，還包括沿Y軸相對(duì)白熾燈II設(shè)置于LiNb03: Fe晶體另一側(cè)的透鏡IV，所述透鏡IV后方設(shè)置有(XD II。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:通過非相干白光發(fā)出的光線在LiNb03:Fe晶體相互垂直的兩個(gè)面上形成的二維光子晶格疊加形成三維光子晶體，因此LiNb03:Fe晶體可以提供較長的存儲(chǔ)時(shí)間(大概十天)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1.白熾燈I 2.白熾燈II 3.準(zhǔn)直透鏡I 4.載有暗斑的振幅掩模I 5.成像透鏡I 6.準(zhǔn)直透鏡II 7.載有暗斑的振幅掩模II 8.成像透鏡II 9.LiNb03:Fe晶體10.透鏡III ll.CCD I 12.透鏡IV 13.CCD II 14.衰減器。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0015]一種白光致三維光子晶體的制備方法，包括如下步驟:
a)設(shè)定立方體結(jié)構(gòu)的LiNb03:Fe晶體的光軸方向?yàn)閆軸；
b)波長范圍在380?750nm的非相干白光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡變換為準(zhǔn)平行光后沿X軸方向通過載有暗斑的振幅掩模，并通過成像透鏡將該振幅掩模上的暗斑陣列成像在立方體結(jié)構(gòu)的LiNb03:Fe晶體X軸方向的側(cè)面上，在該側(cè)面內(nèi)寫入折射率周期性變換的二維光子晶體；
c)利用波長范圍在380?750nm的非相干白光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡變換為準(zhǔn)平行光后沿Y軸方向通過載有暗斑的振幅掩模，并通過成像透鏡將該振幅掩模上的暗斑陣列成像在立方體結(jié)構(gòu)的LiNb03:Fe晶體Y軸方向的側(cè)面上，在該側(cè)面內(nèi)寫入折射率周期性變換的二維光子晶體；
d)相互垂直的兩組二維光子晶體疊加，形成三維光子晶體。非相干白光是具有相位統(tǒng)計(jì)分布的包含多種波長的混和光(自然光)，其可見光的波長范圍在380?750nm。通過非相干白光發(fā)出的光線在LiNb03:Fe晶體相互垂直的兩個(gè)面上形成的二維光子晶格疊加形成三維光子晶體，可以提供較長的存儲(chǔ)時(shí)間(大概十天)。
[0016]進(jìn)一步的，還包括分別通過(XD監(jiān)測步驟a)以及步驟b)中LiNb03:Fe晶體X軸以及Y軸方向出射面，進(jìn)一步提高白光致三維光子晶體制備過程中的可控性。
[0017]振幅掩模采用Photoshop制作出暗斑陣列，之后打印在透明片上的方法制成。這種方法簡單，成本低，可控性好。我們可以任意選擇暗斑的尺寸以及陣列的周期?？紤]其它實(shí)驗(yàn)條件的影響，為了有比較好的寫入效果，我們選擇暗斑的尺寸為250 μπι，暗斑陣列的周期為400 μ m，500 μ m，600 μ m。暗斑陣列經(jīng)過透鏡成像至晶體的入射面時(shí)，暗斑陣列的周期為40 μ m，50 μ m，60 μ m。周期為50 μ m時(shí)，效果較好。
[0018]本發(fā)明還涉及一種白光致三維光子晶體制備方法的裝置，包括:LiNb03:Fe晶體9，其呈立方體結(jié)構(gòu)；用于發(fā)出非相干白光的光源1、準(zhǔn)直透鏡I 3、載有暗斑的振幅掩模I 4以及與準(zhǔn)直透鏡I 3光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的成像透鏡I 5，其依次沿X軸方向設(shè)置于LiNb03:Fe晶體9 一側(cè)；以及用于發(fā)出非相干白光的光源I1、準(zhǔn)直透鏡II 6、載有暗斑的振幅掩模II 7以及與準(zhǔn)直透鏡II 6光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的成像透鏡II 8，其依次沿Y軸方向設(shè)置于LiNb03: Fe晶體9 一偵k LiNb03:Fe晶體9的兩個(gè)相互垂直的表面分別照射形成二維光子晶體，兩組相互垂直的二維光子晶體疊加形成三維光子晶體。
[0019]上述光源I為白熾燈I 1，光源II為白熾燈II 2，白熾燈價(jià)格低廉，大大降低制備成本。
[0020]進(jìn)一步的，還可以包括沿X軸相對(duì)白熾燈I 1設(shè)置于LiNb03: Fe晶體9另一側(cè)的透鏡III 10，所述透鏡III 10后方設(shè)置有(XD I 11。同時(shí)還可以包括沿Y軸相對(duì)白熾燈II2設(shè)置于LiNb03:Fe晶體9另一側(cè)的透鏡IV 12，透鏡IV 12后方設(shè)置有(XD II 13。透鏡III10以及透鏡IV 12將X軸方向以及Y軸方向LiNb03:Fe晶體的出射面進(jìn)行監(jiān)測。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種白光致三維光子晶體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a)設(shè)定立方體結(jié)構(gòu)的LiNb03:Fe晶體的光軸方向?yàn)閆軸； b)波長范圍在380?750nm的非相干白光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡變換為準(zhǔn)平行光后沿X軸方向通過載有暗斑的振幅掩模，并通過成像透鏡將該振幅掩模上的暗斑陣列成像在立方體結(jié)構(gòu)的LiNb03:Fe晶體X軸方向的側(cè)面上，在該側(cè)面內(nèi)寫入折射率周期性變換的二維光子晶體； c)利用波長范圍在380?750nm的非相干白光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡變換為準(zhǔn)平行光后沿Y軸方向通過載有暗斑的振幅掩模，并通過成像透鏡將該振幅掩模上的暗斑陣列成像在立方體結(jié)構(gòu)的LiNb03:Fe晶體Y軸方向的側(cè)面上，在該側(cè)面內(nèi)寫入折射率周期性變換的二維光子晶體； d)相互垂直的兩組二維光子晶體疊加，形成三維光子晶體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光致三維光子晶體的制備方法，其特征在于:還包括分別通過(XD監(jiān)測步驟a)以及步驟b)中LiNb03:Fe晶體X軸以及Y軸方向出射面。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的白光致三維光子晶體的制備方法，其特征在于:所述振幅掩模采用Photoshop制作出暗斑陣列，之后打印在透明片上的方法制成。4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述白光致三維光子晶體制備方法的裝置，其特征在于，包括: LiNb03:Fe晶體(9)，其呈立方體結(jié)構(gòu)； 用于發(fā)出非相干白光的光源1、準(zhǔn)直透鏡I (3)、載有暗斑的振幅掩模I (4)以及與準(zhǔn)直透鏡I (3)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的成像透鏡I (5)，其依次沿X軸方向設(shè)置于LiNb03:Fe晶體(9) 一側(cè)；以及 用于發(fā)出非相干白光的光源I1、準(zhǔn)直透鏡II (6)、載有暗斑的振幅掩模II (7)以及與準(zhǔn)直透鏡II (6 )光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的成像透鏡II (8 )，其依次沿Y軸方向設(shè)置于LiNb03: Fe晶體(9 ) 一側(cè)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:所述光源I為白熾燈I(1)，所述光源II為白熾燈II (2)。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于:還包括沿X軸相對(duì)白熾燈I(1)設(shè)置于LiNb03:Fe晶體(9)另一側(cè)的透鏡III(10)，所述透鏡III(10)后方設(shè)置有CCD I (11)。7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于:還包括沿Y軸相對(duì)白熾燈II(2)設(shè)置于LiNb03:Fe晶體(9)另一側(cè)的透鏡IV (12)，所述透鏡IV (12)后方設(shè)置有CCD II (13)。
【專利摘要】一種白光致三維光子晶體的制備方法及裝置，其利用白熾燈發(fā)出的完全非相干白光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡變換為準(zhǔn)平行光后沿X軸方向以及沿Y軸方向?qū)⑤d有暗斑的振幅掩模成像在立方體結(jié)構(gòu)的LiNbO3:Fe晶體上。分別沿X軸和Y軸方向在LiNbO3:Fe晶體內(nèi)寫出兩組相互垂直的二維光子晶體，上述兩組相互垂直的二維光子晶體疊加形成三維光子晶體。本發(fā)明方法簡單，成本低，所得到的光子晶體存儲(chǔ)時(shí)間長。
【IPC分類】G02B1/00
【公開號(hào)】CN105403935
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510866432
【發(fā)明人】楊光, 付剛, 劉照紅
【申請(qǐng)人】山東建筑大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日