文档：资料：SiO2光子晶体教材

SiO2光子晶体的自主装制备一．目的和要求1. 了解光子晶体基本知识。2. 掌握 SiO2单分散微球及光子晶体合成操作。3. 了解形成稳定的微球体系的机理和 zeta 电势等有关知识。4. 了解光子晶体的基本表征手段、仪器原理及相关操作。二．前言2.1. 光子晶体的基本概念光子晶体(Photonic Crystals， PCs)是一种人工周期介质结构，由不同折射率材料周期性地交替排列而成，这种周期介质结构最早由 Bykov 于 1972 年提出。1987 年，Yablonovitch 和 John 分别在讨论抑制原子的自发辐射和光子的局域化问题中也各自独立地提出了这种结构，并在后来的讨论中将其命名为光子晶体。 实际上，在自然界中就存在着光子晶体结构，如蛋白石、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物、以及澳洲海老鼠的毛发。蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物是一种周期性结构。这种周期性结构可以限制光在其中的传输，让某些波长的光通过，而让另一些波长的光完全被反射。正因为如此，才形成了蝴蝶翅膀表面绚烂的花纹和色彩。这种周期性结构与 Yablonovitch 和 John 提出的光子晶体概念是相吻合的。当然，自然界中这样的例子只是少数，目前更多的光子晶体是由人工加工制作而成。1990 年，Ho 和 Chan 等人第一次从理论上论证了三维金刚石结构具有完全光子禁带。1991 年，Yablonovitch 团队通过从一定角度对半导体介质进行钻孔，首次成功制作了具有完全禁带的三维金刚石结构光子晶体，禁带频率范围为 13GHz~15GHz。最简单的的光子晶体是由 A、B 两种材料在一个方向上周期交替排列形成，这种结构叫一维光子晶体，如图 1(a)所示。A、B 交替的空间周期 a 叫做光子晶体的晶格常数，这与由原子构成的普通晶体中的晶格常数相对应。普通晶体的晶格常数通常都在埃的数量级，而光子晶体的晶格常数则通常与工作波段的电磁波波长在同一个数量级。比如，在可见光波段，一般为 1μm 量级或更小，而在微波段，则一般为 1cm 左右。根据光子晶体中介质周期分布的维数，可以把光子晶体分为一维、二维和三维光子晶体，分别如图 1 (a)、(b)、(c)所示。(a) 一维光子晶体结构 (b) 二维光子晶体结构 (c) 三维光子晶体结构图 1 光子晶体结构示意图一维光子晶体是由多层介质薄膜构成，在光子晶体概念提出以前，就已经得到广泛讨论和应用，如分布布拉格光栅。一维光子晶体只能在一个方向上产生光子带隙。二维光子晶体是由两种不同介质在二维平面内周期交替排列，而在垂直于平面的...