微纳光学加工及应用
光学微纳加工技术的研究
光学微纳加工技术的研究第一章：绪论随着科技的不断进步，微纳加工技术日益成熟，其中光学微纳加工技术成为了一个研究的热点。
光学微纳加工技术是利用光的特性对微纳尺度的物质进行加工，并以此制作微型器件、光学器件等。
该技术具有制作精度高、加工速度快、可加工物质种类多等优点。
本文将分别从光学微纳加工技术的概念、发展历程、加工原理、加工方法以及应用领域等几个方面进行探讨。
第二章：光学微纳加工技术的概念光学微纳加工技术是指利用光的特性对微纳尺度的物质进行加工的一种加工技术。
与传统的机械加工、化学加工等方式相比，该技术具有制作精度高、加工速度快、可加工物质种类多等优点。
随着科技的不断进步，光学微纳加工技术也不断发展和完善。
第三章：光学微纳加工技术的发展历程早在20世纪70年代初期，分子束技术和电子束技术等微纳加工技术已经开始萌芽。
20世纪80年代，随着激光技术的发展，人们开始将激光技术引入到微纳加工领域。
1997年，激光直写加工技术得到了广泛应用。
此后，人们又将飞秒激光技术引入到光学微纳加工技术中，使得加工精度得到了大幅提升。
21世纪初期，随着光学元件的应用范围的不断扩大，光学微纳加工技术也逐渐得到了广泛应用。
第四章：光学微纳加工技术的加工原理光学微纳加工技术利用光的特性对微纳尺度的物质进行加工。
光学微纳加工技术主要涉及到激光束的照射和光化学反应等，光的性质对加工产生了很大的影响。
在加工时，需要根据不同的加工要求选择不同的激光源、光学元件等，以实现精确加工。
第五章：光学微纳加工技术的加工方法光学微纳加工技术的加工方法主要包括激光直写、多光子聚焦、光刻等。
激光直写是一种基于激光束的照射和光化学反应的直接加工方法，可实现高精度的加工。
多光子聚焦是利用飞秒激光的特性对材料进行加工。
光刻则是利用可见光、紫外线等对光敏剂进行曝光的方法进行加工。
第六章：光学微纳加工技术的应用领域光学微纳加工技术已经被广泛应用于微电子、光学、生物医学等领域。
微纳加工技术及其应用
微纳加工技术及其应用微纳加工技术是以微米和纳米为尺度的加工技术，主要包括微电子加工、微机电系统（MEMS）加工和纳米加工等。
随着微纳技术的发展，包括光电子、生物医药、能源环保、纳米传感等等领域的应用层出不穷。
本篇文章将就微纳加工技术的基本原理与方法、应用现状及未来发展进行简要介绍。
微纳加工技术的基本原理与方法微纳加工技术通过对材料的切削加工、吸附脱附、光影刻蚀、微影、微流控等手段，将微米、纳米级别的结构和器件加工出来。
其中，微电子加工是指使用光刻和薄膜技术，在半导体晶片表面制备电子元件和电路。
而MEMS加工则通过热压法、刻蚀法、电化学的电解金属加工、激光束加工等方式在晶圆上制造出微机电传感器和执行器等器件。
纳米加工则主要是通过控制材料原子的运动来予以加工。
光电子领域是微纳加工技术中应用较为广泛的领域之一。
微型化的光电子器件可以具有更高的速度、更高的分辨率、更高的稳定性，使得光学检测技术有着更为广泛的应用。
比如，MEMS驱动式的投影仪、MEMS激光听觉波达仪可以实现对声波和光传播中的障碍物的探测，对于通讯系统等领域有着应用前景。
在生物医药领域上，微纳加工技术可以制作出高精度的微流控芯片、生物芯片和生物传感器。
这些器件可以实现对细胞、蛋白等微生物级别的定量分析，比如基于生物芯片的蛋白质芯片技术、血糖传感器技术等等。
此外，微型针头技术也可以被应用于微创手术、药物输送等医疗领域，实现治疗效果更加精准化的目的。
在能源环保领域，微纳加工技术可以制备出电池、电容等储能和转化材料，还能够制作出可以将太阳能和机械能转换为可用电能的器件。
此外，纳米催化剂可以用于三元催化转化器，用于减少机动车尾气排放的有害物质。
微纳加工技术的未来发展微纳加工技术具有无限的发展潜力。
未来，微纳加工技术的致密化、快速化将会是发展的主要方向。
另外，生物医药领域将是微纳加工技术的重点应用领域，未来也涌现了一大批微纳加工技术与医疗应用公司。
微纳加工技术还可以为物联网提供重要的支持，特别是在微型化的传感器和控制系统方面。
微纳加工技术的原理与应用
微纳加工技术的原理与应用引言微纳加工技术是一种将传统加工技术与微纳米领域相结合的先进技术。
它在微纳米尺度上对材料进行精密加工，具有高精度、高效率和高度可控性的特点，广泛应用于光电子、生物医学、纳米材料、MEMS等领域。
本文将介绍微纳加工技术的基本原理及其在不同领域中的应用。
原理微纳加工技术的基本原理是利用光刻、离子注入、薄膜沉积、电子束曝光等工艺对材料进行加工。
其主要步骤包括掩膜制备、图案转移、材料去除和表面处理等。
1. 掩膜制备掩膜是微纳加工中的关键步骤，它决定了加工图案的形状和大小。
常用的掩膜制备方法包括光刻、电子束曝光和激光刻蚀等。
其中，光刻是一种利用光源将图案投影到光刻胶上的方法，而电子束曝光是利用电子束对光刻胶进行曝光，从而形成掩膜。
2. 图案转移图案转移是将掩膜上的图案转移到加工材料上的过程。
常用的图案转移方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀。
干法刻蚀是利用离子束或气体等对加工材料表面进行刻蚀，而湿法刻蚀是利用酸或碱等溶液对加工材料进行腐蚀。
3. 材料去除材料去除是将不需要的材料从加工材料上去除的过程。
常用的材料去除方法包括化学机械抛光、离子束切割和激光烧蚀等。
这些方法可以将加工材料表面的杂质和不需要的材料彻底去除，从而得到所需的图案和结构。
4. 表面处理表面处理是对加工材料表面进行修饰的过程。
常用的表面处理方法包括化学氧化、热处理和溅射沉积等。
这些方法可以改变加工材料的表面性质，例如提高光学透明度、增强化学惰性等。
应用微纳加工技术在各个领域中都有广泛的应用。
1. 光电子领域在光电子领域中，微纳加工技术被用于制造光纤、激光器、光波导、光栅等光学器件。
通过微纳加工技术，可以实现微型化和集成化，提高光学器件的性能和可靠性。
此外，微纳加工技术还可用于制造光电子芯片和光学传感器，应用于通信、医疗和生物成像等领域。
2. 生物医学领域在生物医学领域中，微纳加工技术被用于制造生物芯片、微流控芯片、药物传递系统和生物传感器等。
微纳加工技术的研究现状及其应用
微纳加工技术的研究现状及其应用随着科技的不断发展，微纳加工技术也随之不断突破。
微纳加工技术是指对材料、器件、系统等微观尺度下进行加工和制备的一种技术，通常包括3D打印、激光刻蚀、电化学腐蚀、离子束刻蚀等技术。
这些技术的发展让微纳级尺度下的加工成为可能，并为纳米科学和技术领域的制备和应用提供了强有力的支持。
目前，微纳加工技术已经在众多领域得到了广泛的应用。
下面将分别介绍紧凑型二氧化硅压电驱动器件、微电阻器、微压力传感器等产品的具体应用。
第一个应用是紧凑型二氧化硅压电驱动器件。
该产品是一种微纳级尺寸的压电驱动元件，可用于驱动纳米级运动，例如实现调节微型透镜、微镜头等领域的焦点。
该产品具有高驱动效率、低开销等优点，所以在光学制造领域得到广泛的应用。
第二个应用是微电阻器。
这种产品是一种微型电阻器，其大小仅仅为毫米或者更小，能在拥挤的电路板上占据更少的空间。
微电阻器在微小的微控制器和计算机系统单元中发挥着重要的作用。
微电阻器不仅具有非常高的精度，而且易于安装，可以帮助设计师在设计微小器件时获得更高的灵活性。
第三个应用是微压力传感器。
这是一种为极小的压力测量而专门设计的微型机械传感器。
这种传感器的结构非常精细，微型化的体积使得其可以应用于很多领域，例如流量测量、医疗器械等。
由于压力传感器具有很高的测量精度，因此它们成为各种系统的必备元件。
总的来说，随着微纳加工技术的不断进步，其应用也越来越广泛。
从微型透镜、微电阻器和微压力传感器等应用领域的例子，我们可以看到微纳加工技术的重要性。
未来，这种技术的发展将继续推动微系统领域的创新，从而对各种科学、医疗和其他领域产生更大的影响。
微纳加工技术在光学器件制造中的应用研究
微纳加工技术在光学器件制造中的应用研究导语：光学器件是现代科技中不可或缺的一部分，广泛应用于通信、医疗、能源等众多领域。
随着科技的发展，微纳加工技术在光学器件制造中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨微纳加工技术在光学器件制造中的应用，并对其发展趋势进行展望。
一、微纳加工技术概述微纳加工技术是指利用先进的加工设备和技术手段对微米级和纳米级尺寸的物体进行加工和制造的一种技术。
它包括光刻、电子束曝光、离子束刻蚀、激光加工等多种加工方法。
微纳加工技术的出现，将光学器件的制造从传统的机械加工转变为一种精细和高效的纳米级加工过程，为光学器件的制造和研究提供了重要的手段和方法。
二、微纳加工技术在光学器件制造中的应用1. 光纤传感器光纤传感器是一种能够通过光线来检测和测量物理量的器件。
微纳加工技术可以用于制造光纤传感器中的微扁平化结构和微力传感器。
通过对光纤表面的微纳结构进行加工，可以提高光的耦合效率，增强传感器对环境变化的响应能力，大幅提高光纤传感器的灵敏度和精确度。
2. 纳米光栅纳米光栅是一种具有周期性结构的光学元件，具有优良的光学性能。
微纳加工技术可以用于制造纳米光栅中的微米级凹槽和纳米级结构。
通过精确控制加工参数，可以实现光栅的高精度制造，提高光栅的光学性能，为光学应用提供更加稳定和高效的解决方案。
3. 光学存储器件光学存储器件是一种能够将信息以光信号的形式存储和读取的器件。
微纳加工技术可以用于制造光学存储器件中的微米级光栅和纳米级介质颗粒。
通过精细的加工工艺和控制技术，可以在光存储介质上制造高密度和高精度的信息存储结构，大大提高存储器件的容量和速度。
4. 激光加工工具激光加工是一种高能量激光束对工件进行加工和切割的技术。
微纳加工技术可以用于制造激光加工工具中的微槽和微透镜。
通过对工具表面进行微纳加工，可以增加激光束的聚焦能力和加工精度，提高激光加工的效率和质量。
三、微纳加工技术在光学器件制造中的发展趋势1. 高精度加工随着科技的进步，对光学器件加工精度的要求越来越高。
微纳结构光学及应用
微纳结构光学及应用微纳结构光学是研究和应用微米和纳米尺度下的光学现象和效应的一门学科。
在微纳尺度下的物质结构可以调控光的传播和相互作用方式，从而实现对光的操控和控制，具有广泛的应用前景。
本文将介绍微纳结构光学的基本原理和常见应用。
微纳结构光学的基本原理是通过在纳米尺度上精确设计和制备结构，控制光的传播、吸收、散射和透射等现象。
这种控制是通过定向控制结构尺寸、周期和形状来实现的。
根据不同的设计和制备方法，结构可以是周期性的光栅、等离子体共振器、纳米颗粒等。
1.光学通信：微纳结构光学可以用于光纤通信中的功率和波长调制，以及光波导中的光模式调控，提高光信号的传输速率和可靠性。
2.光信息处理：微纳结构光学可以用于设计和制造高效的光学器件，如光学逻辑门、光限幅器和光时钟等，用于光量子计算和光信息处理。
3.太阳能转换：微纳结构光学可以增强太阳电池中的光吸收率，降低材料的反射损耗，提高太阳能的转换效率。
4.生物传感：微纳结构光学可以用于生物传感器中的光信号放大和检测，实现对生物分子的高灵敏度和高选择性检测。
5.显示技术：微纳结构光学可以用于制造高分辨率和高亮度的显微镜、投影仪和液晶显示器等。
值得一提的是，微纳结构光学还有一些特殊的应用，如模拟光学和超材料。
模拟光学是通过微纳结构光学器件模拟出光的量子行为，实现对量子力学中一些经典问题的探索。
超材料是一种人工制造的具有特殊光学性质的材料，可以实现对光的反向折射、聚焦和透明等效应，有很高的研究和应用价值。
总之，微纳结构光学是一门基于微纳尺度结构的光学学科，通过精确设计和制备结构，实现对光的传播和相互作用的控制。
其应用包括光学通信、光信息处理、太阳能转换、生物传感和显示技术等。
未来，随着微纳技术的不断发展和改进，微纳结构光学将在更多领域展示其巨大潜力。
基于光子晶体和微纳加工的微光学元件研究与应用
基于光子晶体和微纳加工的微光学元件研究与应用微光学元件的研究与应用一直是光学领域的热点之一。
在近年来，一种新型的微光学元件——基于光子晶体和微纳加工的微光学元件，备受研究人员的关注。
本文将对基于光子晶体和微纳加工的微光学元件进行深入的研究和探讨。
一、光子晶体光子晶体是由周期性介质构成的光学结构，具有完全或部分带隙结构。
它是一种随着开发微纳加工技术而兴起的一种新材料。
通过微纳加工技术，可以将这种结构建造在介质中——通常是在二氧化硅中。
光子晶体的微观结构可以有效地调制光场的性质，傍边可以产生光子带隙、光子能带等一系列特殊的光学特性，被广泛应用于微光学元件中。
光子晶体元件是一种具有优异性能的微光学元件，可以用于很多不同的领域。
由于光子晶体元件具有可调谐性、高透过率、严格结构和模仿生物学的表面静电势、有机性和细观等特性，所以应用于微纳加工技术的光子晶体元件对于现代光学技术的发展具有重要的意义。
二、微纳加工技术微纳加工技术是一种将光学设计转化为三维微纳米结构，并将这些结构通过控制物质形成到硅基材料中的技术。
这种技术是光电子学中的核心技术，可以将微小的器件和系统构建到服务上。
确保器件大小越来越小、系统越来越强大、精度越来越高。
微纳加工技术有多种类型，其中最为重要的两种为光刻和干涉。
光刻使用特殊镀膜硬质模板，通过在模板带上一个特定的阴影图案，然后使用紫外激光对光图案进行曝光，并在这些图案的特定区域上施加化学沉积。
这种方法可以制造微型结构，例如光电微硬盘，其中读/写头读取的介质上有一个悬挂的柱子。
干涉则使用激光干涉图样，在硅上形成具有特定形状的内部结构。
三、微光学元件的研究与应用基于光子晶体和微纳加工技术的微光学元件是一种非常灵活和高效的材料。
它适用于多种应用，例如：1、传感器光波射频方案已经被扩展，以加载光子晶体传感器中的光谱传感器。
光子晶体传感器可以检测到光的波长，用于传感器的单光子激发和检测的技术。
不仅如此，通过引入亲合芯片，可以将光子晶体传感器用于生物化学传感和手势识别等应用。
微纳光学技术及应用交流会
微纳光学技术及应用交流会微纳光学技术是一门涉及微纳米尺度的光学技术，主要研究和应用微纳米结构在光学领域中的特性和行为。
随着科技的不断发展，微纳光学技术在光学通信、光子学、光电子学、生物医学等领域中起到了重要作用。
微纳光学技术的研究和应用交流会是一个促进学术交流和合作的平台，旨在推动微纳光学技术的发展和应用。
在微纳光学技术及应用交流会中，我将重点讨论以下几个方面的内容：首先，我们可以聚焦于微纳光学器件的设计和制备技术。
微纳光学器件包括光纤、微纳米反射镜、光学波导等，在光学领域有着重要的应用。
我们可以分享不同的设计和制备方法，比如光刻、电子束曝光、激光刻蚀等，以及相应的工艺优化策略。
此外，我们也可以讨论微纳光学器件的性能测试和表征方法，如光谱分析、光学显微镜观测等。
其次，我们可以探讨微纳光学材料的研究和应用。
微纳光学材料在微纳光学器件中起到关键作用。
我们可以分享不同的微纳光学材料的研究进展，如金属纳米颗粒、光子晶体、介电纳米颗粒等。
此外，我们也可以交流微纳光学材料在传感、光计算和光子学调制等方面的应用。
第三，我们可以讨论微纳光学技术在光通信和光子学中的应用。
随着通信技术的进步，微纳光学技术在光通信领域中得到了广泛应用。
我们可以分享不同的微纳光学器件在光通信中的应用，如微纳光学滤波器、微纳光学干涉器等。
此外，我们还可以探讨微纳光学在光子学中的应用，如微纳激光器、微纳光电子器件等。
最后，我们可以讨论微纳光学技术在生物医学中的应用。
微纳光学技术在生物医学领域有着广泛的应用前景。
我们可以分享不同的微纳光学技术在生物医学中的应用，如光学成像、光学传感和光热疗法等。
此外，我们还可以讨论微纳光学技术在生物医学领域中的新兴应用，如微纳刺激器、微纳药物输送系统等。
综上所述，微纳光学技术及应用交流会是一个重要的学术交流平台，旨在推动微纳光学技术的发展和应用。
在这个会议中，我们可以分享和讨论微纳光学器件的设计和制备技术、微纳光学材料的研究和应用、微纳光学技术在光通信和光子学中的应用，以及微纳光学技术在生物医学中的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微纳光学加工及应用孙奇一、微纳光学结构光是一种电磁波，是由同相相互垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动而形成的，其传播方向垂直于电场与磁场所构成的平面，电磁波能有效的传递能量和动量[1]。
从低频到高频，电磁波可以分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线和γ射线等，人眼可见波长在380nm至780nm之间，如图1所示。
(a)(b)图1. (a) 电磁波传播方式 (b) 电磁波按频率分段图（图片来自网络）传统光学只研究可见光与物质的相互作用，而现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。
随着微加工技术的日臻成熟，电磁波在微纳结构中的传播，散射和吸收等性质开始逐渐被人们研究。
1987年，Yabnolovich和John 首次提出了光子晶体的概念[2, 3]；1998年，Ebbesen等人发现在打了周期性亚波长纳米空洞的厚金属膜上存在着超强的光投射峰，这一发现激起了对金属周期结构中表面等离激元的研究热潮[4]。
从1987年至今，各领域对光学微纳结构的研究一直在迅猛发展。
1.1光子晶体从固体物理的概念中可以得知，当电子在周期性的势场中运动时，由于电子受到周期性势场的布拉格散射的作用形成了电子的能带结构，同时电子的能带与能带之间在一定的晶格条件下将存在带隙。
在带隙能量范围内的电子其传播是被禁止的。
运动的电子实际上也是一种物质波。
无论何种波动形式，只要其受到相应周期性的调制，都将有类似于电子的能带结构同样也都可能出现禁止相应频率传播的带隙。
微纳光学结构技术是指通过在材料中引入微纳光学结构，实现新型光学功能器件。
1987年，Yabnolovitch和 John在讨论如何抑制原子的自发辐射和光子局域的问题时，把电子的能带概念拓展到光学中，提出了光子晶体的概念。
光子晶体就是规律性的三维微结构，其周期远小于波长，形成光子禁带，通过引入局部缺陷，控制光的传播与分束。
同样的，固体物理晶格中的许多概念都可以类似的运用到光子晶体中，诸如倒格矢空间、布里渊区、色散关系、Bloch函数、Van Hove奇点等物理概念。
由于周期性，对光子也可以定义有效质量。
不过需要指出的是，光子晶体与固体晶格有相似处，也有本质的区别。
如光子服从的是麦克斯韦方程，电子则服从薛定谔方程；光子是矢量波而电子是标量波；电子是自旋为1/2的费米子，而光子是自旋为1的波色子，等等。
根据空间的周期性分布的不同，光子晶体可以分为一维、二维和三维光子晶体，如图2所示。
一维光子晶体的材料一般在一个方向上进行周期排列，例如传统的多层薄膜结构；二维光子晶体表现为材料在平面上进行周期性排列；三维光子晶体具有多种材料排列方式，最为经典的则为图所示的柴堆结构。
图2. 一维、二维以及三维光子晶体示意图（图片来自网络）光在光子晶体中传播时会受到材料周期性调制而形成光子带隙，从而禁止频率落在带隙内的光在晶体中传播，因此由光子晶体做成的器件可以如愿地控制光子运动。
光子晶体对光的调控作用主要体现在如下几个方面。
首先，光子晶体具有光子带隙。
频率落在带隙中的电磁波将禁止在晶体中传播。
光子带隙有完全带隙和不完全带隙之分：完全光子带隙就是全方位光子带隙，即一定频率范围内的光波无论其偏振方向或传播方向如何都被禁止传播，如图3所示；不完全光子带隙则只能在特定方向上禁止光的传播。
图3. 三维光子晶体能带结构示意图（插图为柴堆结构的三维光子晶体扫描电镜照片[5]）其次，光子局域是光子晶体的另一个基本特征。
当向光子晶体中引入缺陷或杂质时，光子禁带中会出现缺陷态，与缺陷态频率吻合的光子会被局限在缺陷位置。
Einstein在1905年提出的自发辐射对许多多物理过程和实际应用有着重要的影响。
在二十世纪八十年代以前，人们一直认为自发辐射是一个随机的自然现象，是不能控制的。
而今，通过引入结构缺陷，利用光子带隙中出现的态密度很高的缺陷态，就可以控制发光物质的自发辐射[6]，如图4所示为三维光子晶体缺陷态增强半导体GaInAsP自发辐射的实验结果[7]。
当引入点缺陷时，光将被局限在某个特定位置，还可以形成高品质的光学微腔[8]，如图5为二维光子晶体中高品质因子微腔的实验结果[9]；当引入缺陷时，形成光子晶体波导可以从根本上实现光转弯时的高效率传输[10]，图6为二维光子晶体波导的结果[11]；若把光子晶体沿某个方向切开，由于其平移对称性的破坏，将会形成表面态，通常也叫表面缺陷。
具有表面缺陷的光子晶体就会把光局限在某个平面上，由此可以制作平面波导或平面谐振腔[12]，如图7所示为三维光子晶体及其表面态的实验结果[13]。
图4. 三维光子晶体缺陷态增强半导体自发射图5. 二维光子晶体中高品质因子微腔的设计实验图6. 二维光子晶体波导(a)直线光子晶体波导和波导弯折的投射谱(b)曲率半径不为0的90°弯折波导的弯折效率(c)曲率半径为0的90°弯折波导的弯折效率图7. 三维光子晶体及其表面态(a) 三维光子晶体示意图及表面布里渊区(b)三维光子晶体的投影能带(c)存在表面的三维光子晶体投影能带(d)表面态的场分布除了上述的两种性质外，光子晶体材料还有丰富的色散特性。
通过光子能带的调控，我们可以控制电磁波在光子晶体中的色散性质。
当光从均匀介质如射到光子晶体或者从一种光子晶体入射到另一种光子晶体中时，我们可以通过能带结构设计和研究光在通过界面时的反射和折射的行为。
超棱镜、自准直和负投射等新颖的光学现象均来自光子晶体的特殊色散性质，如图8所示为光通过光子晶体时的负折射行为。
图8. 光通过光子晶体时的负折射行为（图片来自网络）1.2金属结构的表面等离激元金属微纳结构的表面等离激元是近年来的研究热点。
通过利用其新颖的光学性能至今已发展出了巨大的应用前景，吸引了来自物理、化学、生物医学等学科的注意。
如图9所示，当光从自由空间传播到金属表面时，由于金属中自由电子的集体震荡，在表面处能存在局域的电磁场，其场强在金属和自由空间两个方向都会强烈的衰减，从而使其只能在界面处进行传播，这种在金属表面传播的电磁场模式成为表面等离激元[14]。
而表面等离激元与光子晶体表面态中的表面波概念相似，因此也可以将之看待为一种表面波。
图9. 表面等离激元模式的电场在界面分布的示意图和场分布沿Z空间变化的情况当金属表面存在周期性结构时，我们可以类比光子晶体中的电磁波，表面等离激元（SPs）作为一种表面波，在周期性结构的调制下也能够形成独特的能带结构。
当金属结构的周期与有效波长的一半可以比拟时，结构对SPs的散射有可能形成类似驻波形式的SPs模式，从而打开了一个禁带。
通过设计一个金属的两维周期性结构，如图10所示，沿各个方向传播的SPs模式都将被这种结构散射，从而形成一个全带隙的SPs模式能带[15-17]。
通过不同的金属周期性结构的设计，人们就可以调节SPs模式能带，从而可以针对这些性质发展处新的应用。
1998年，Ebbesen等人发现在打了周期性亚波长纳米级空洞的厚金属膜上存在着超强的可见光透射峰[18]，其实验结果如图11(a)所示。
2002年，他们又发现在金属纳米级孔周围制作一些周期性的波纹后，透过亚波长小孔的光波不再是沿各个方向衍射，而是沿着一个方向定向发射[19]，其结果如图11(b)所示。
这两个利用表面等离激元的奇特性质来突破光学衍射极限的现象引起了人们的极大兴趣。
图10 (a)平金属SPs的色散关系，其中黑色部分代表SPs模式 (b)具有周期结构的金属表面的扫描电镜照片，图中标尺为μm (c)具有周期结构的金属的SPs的色散关系，具有清晰的SPs带隙存在图11 (a)周期性亚波长小孔的光学超强透射(b)“牛眼”结构的无衍射效应定向发射现象1.3光学微纳结构的研究进展a.超构材料区别于结构尺度可以和相应电磁波长比拟的光子晶体和表面等离子激元结构，超构材料对应于结构尺度远小于相应电磁波长的光学微纳结构，如图12所示[20]。
由于基本单元远远小于相应尺度的电磁波长，周期性对结构的光学性质没有很大的影响。
所以可以将超构材料看成一个等效的均匀介质，具有等效的介电常数和磁导率。
超构材料的基本组成单元的特点除了结构尺度远远小于相应电磁波长之外，还有就是这些基本单元都对电磁波具有局域的共振特性。
该基本单元将对与之结构共振频率匹配的电磁波强烈共振，而远离共振频率的电磁波不予响应。
通过频率选择或者结构调控这些电磁共振，就可以调控超构材料的等效介电常数和磁导率，甚至得到负的等效介电常数和磁导率[21-22]。
超构材料中最吸引人的应用就是负折射和超透镜现象。
由于超构材料具有可调的负的等效介电常数和磁导率，通过折射率和介电常数的关系可知，超构材料也就有负的折射率，这意味着电磁波在穿过正常介质和潮购材料的界面时会发生负折射，这使得平板成像成为了可能。
平板折射有利于收集更多的波矢，同样由于体系的介电常数和磁导率均为-1，这个平板透镜与空气的阻抗匹配，就没有反射光存在[20-23]，这样即可得到一个突破了衍射极限且完美成像的超透镜，如图1所示。
图12 (a)超构材料典型的单元开口环结构扫描电镜照片 (b)利用超构材料实现负折射现象的实验样品结构图13. 超透镜成像示意图b.隐身材料和变换光学超构材料的发现，使得我们可以自由设计材料的有效介电常数和磁导率。
为了实现利用复杂超构材料在空间上对光进行更为自由的调控，Leohardt和Pendry 等人发展了变换光学理论来设计排列具有不同有效介电常数和磁导率的组合超构材料，从而实现自由控制电磁波传播的目的[24-25]。
变化光学设计空间等效的介电常数和磁导率，在空间排布复杂超构材料来使光线按照既定的路线传播。
因此可以通过设计使用非均匀超构材料使光线绕过物理，让出射路径与在物体不存在的情况下相同，实现对物体的隐身效果，如图14(a)所示。
此外，通过变换光学和超构材料，我们还可以在理论和实验上模拟很多经典物理学现象，如图14(b)所示为模拟光学黑洞。
图14 (a)通过变换光学设计隐身衣的数值计算结果 (b)利用变换光学原理设计的光学黑洞二、微纳光学结构的制备方法2.1自主装胶体小球相对于传统的微加工技术，例如光刻，电子束刻蚀或者扫描针尖刻蚀等，自主装微纳米小球技术具有诸多优点[26]。
首先，其成本低廉，方法简单且耗时短，对于不具备微加工技术的情况，它也为快速实现结构设计提供了方便。
作为一种应用广泛的微纳结构末班，自主装小球在微纳光学结构的制备上应用已久。
这种技术最先被应用于制备三维光子晶体的实验上。
众所周知，天然蛋白石作为一种自然界的光子晶体，其结构就类似于三维密堆积的纳米小球，如图15所示。
为了更深入的研究光子晶体的物理特性，使用天然蛋白石作为研究材料是不够的。