反蛋白石结构光子晶体及其应用的研究
蛋白石光子晶体能带结构分析中的Mie散射理论研究

由于散射体浓度较高时理论处理的方法还不成 熟 , 于 浓 度较 低 时 , t n等 人 已经 通 过 实 验 证 对 Was o 实 J在 散 射 体 的体 积 比为 9 6 时测得 的 定 域化 , .% 参量与用 M e i散射理论计算得到的定域化参量符合 的非 常好 . Me i 散射理论 已经精确的给出球形粒子 的散射
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' ≥1 7 =
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当散射 体无 吸收 时 , 个参 量是 相等 的. 两
G 、b 、b e . 3 这 一 区域有 大量 的可 以利 用 的 eP S P T 等 ( ) 激 光 辐 射 源 , 波 长 可 调 的 C :激 光 器 为实 验及 应用 研究 提 供 了非 常适 用 的光 源 . 由于大量 的半 导体 材料 , AP G P IA 如 l、 a 、n s以及
相变 . 近几 年人 们 对三 维 和二 维 有 周 期 结 构 的光 子
1 理 论 方 法
电磁波 在介质 内传播 , 当遇 到非 均 匀 区时 , 电磁 波将 被 吸收 和散射 . 理想 状态 下 , 均匀 区可 以简化 非 成 由不 同材料 形 成 的球形 区 , 磁 波 在这 种介 质 中 电 传 播 将被 球形 体 多 次 吸 收 和散 射 . 质 中 的波 矢 量 介 为 kf ,为散 射 平 均 自由程 , 想 的安 德 森 定 域 化 条 理
基金项 目: 吉林省科技厅 科技发展项 目.
作者简介 : 于瑞华( 9 2 , , 1 一) 男 枣庄学院物理 与电子工程 系 , 6 副教授 , 工程硕士 , 主要从事教育技术及 网络研究.
光 子 晶体 是 一 种 具有 光 子带 隙 的新 型材 料 , 因 其可 以控制 和 抑制 光 子运 动 , 在光 通 讯 领 域具 有广 阔的应 用前 景 .蛋 白石 和反蛋 白石 结构 是 光 子 晶体
光子晶体及其应用

子晶体定义中被排除在 外,不算光子晶体,但 一维光子晶体与二维、 三维的光子晶体在物理 本质上有相通之处
• 一维光子晶体:
– 光栅 – 多层介质膜
光子晶体能带特性与功能: 光子晶体分类与基本结构(2)
• 二维光子晶体分为平
板和光纤两大类
• 平板:光波主要在二
维光子晶体所在平面 内传播
光子晶体在光通信中的应用
二维光子晶体:光子
• Index Guided
-不是真正的“光子 晶体光纤”
-包层含有空气孔, 芯区没有孔,只有SiO2
-包层平均折射率小于 芯区,靠全反射导光
• Band Gap Guided
-真正用光子晶体特性导光 -包层是二维光子晶体(Ring型为一维光子晶体) -频率落在带隙内的光波无法穿透包层而辐射,从而被限制
内容提要
光子晶体简介
– 光子晶体能带的形成 – 光子晶体能带特性与功能
光子晶体在光通信系统的应用
– 一维光子晶体 – 二维光子晶体
光子晶体能带的形成:
散射
• 杂乱介质中的光散射
– 光波波长λ»杂质平均间 隔a:Rayleigh散射 光子平均自由程l∝a4 能量以扩散方式传播
– λ«a: 几何光学,l≥a, 能量以波动方式传播
的带隙为全带隙
• 带隙有频率,角度
(方向)、偏振相关 性
光子晶体能带的形成: 缺陷
• 带隙中的波:指数增长(衰减)形,在纯光子晶体中不能存
在,只能在缺陷中存在
• 缺陷能级:缺陷态所处的能级,位于带隙中 • 点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷 • 利用带隙限制光,利用缺陷传导光:形成功能器件
光子晶体能带特性与功能: 光子晶体分类与基本结构(1)
光子晶体的应用与研究

光子晶体的应用与研究作者:陆清茹来源:《电脑知识与技术》2011年第22期摘要:光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand-Gap,简称为PBG)特性的人造周期性电介质结构,有时也称为PBG光子晶体结构。
该文系统的阐述了光子晶体的产生、制备及应用。
关键词:光子晶体;光子频率禁带;激光全息;光子晶体激光器;微波天线中图分类号:TN364 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)22-5468-02进入20世纪后半叶以来,全球迎来了电子时代,电子器件被极其广泛的应用于工作和生活的各个领域,尤其是促进了计算机和通讯行业的发展。
但是进入21世纪以后,伴随着电子器件不断深入的小型化、低耗能、高速度,其进一步的提升也越来越困难。
人们感到了电子器件发展的瓶颈,开始把目光转向了光子,有人提出了使用光子代替电子作为新一代信息载体的设想。
电子器件的基础是电子在半导体中的运动,类似的,光子器件的基础是光子在光子晶体中的运动。
光子的性质决定了光子器件的主要特点是能量损耗小、运行速度快,所以工作效率高。
光子器件在高效率发光二极管、光子开关、光波导器件、光滤波器等方面都具备巨大的应用潜力。
近年来,光子晶体相关的理论研究、实验科学以及实际应用都已经得到了迅速的发展,光子晶体领域已经成为现在世界范围的研究热点。
1999年12月17日,《科学》杂志就已经把光子晶体的研究列为全球十大科学进展之一。
1 光子晶体的由来1987年S. John和E.Yablonovitch等人分别提出了光子晶体的概念:光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand-Gap,简称为PBG)特性的人造周期性电介质结构,有时也称为PBG光子晶体结构。
它是根据电子学上的概念类比得出的。
我们知道,在固体物理学的研究中,晶体中的呈周期性排列的原子产生的周期性电势场会对其中电子有特殊的约束作用。
在介电常数周期性分布的介质中的电磁波的一些频率是被禁止的,光子晶体也类似,通常这些被禁止的频率区间为光子带隙,也叫光子频率禁带,而将具有“光子频率禁带”的材料称作为光子晶体。
三维磁性光子晶体的研究进展探讨

三维磁性光子晶体的研究进展探讨磁性光子晶体指的就是将磁性引入到光子晶体之中。
光子晶体是一种人工的微结构,是由介电材料周期性排列形成的。
在周期性介电结构中,光进行传播的时候和电子在其中传播的时候比较相似。
介电常数增大到与光波长相等的时候,介质的布拉格散射就会出现一些带隙,俗称光子带隙。
光子在这种带隙的区域内的传播是被严格的控制的,在宏观的角度上出现反射率比较大而透射率比较小的情况。
磁性光子晶体就是在晶体的基础上具有磁性,能够衍生出更多的性质,衍生的新性质在多个领域中具有很大的应用价值,比如环形器、光信息存储、隔离器等。
1. 三维磁性光子晶体结构磁性光子晶体根据结构的不同大致可以分为三种,分别为一维磁性光子晶体、二维磁性光子晶体和三维磁性光子晶体。
三维磁性光子晶体的结构更加的复杂,制造工艺和流程的要求比较严格,目前的三维磁性光子晶体结构主要有四种:分别为蛋白石结构、反蛋白石结构、磁性核壳结构、仿生结构等。
1.1蛋白石结构蛋白石结构的组成一般为亚微米或者微米,组成排列的形状是六角最密堆积自组装而成。
微球材质中一般都含有二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等物质,其中微球的制备方法因为材质的不同而有所差别,二氧化硅微球的制作方法一般是通过Stber法,聚丙乙烯微球的制作方法一般是无皂乳液聚合法。
微球自组装蛋白石结构的光子晶体方法比较多,目前我们实际中应用比较多的就是提拉法和垂直沉积法。
垂直沉积法是在微球的分散液中插入玻璃基底,溶液都会产生蒸发的作用,在毛细力的作用下,微球会在基底的表面形成六角密堆积排列;提拉法是将基底利用机械臂保持一定速度的上提,从而能够有效地控制基底的生长厚度。
1.2反蛋白石结构反蛋白石结构是在蛋白石结构的基础上进行一系列的加工得到的。
蛋白石结构中微球和微球之间都会产生空隙,反蛋白石结构就是将介电材料添加在这些的孔隙之中,导致原来的微球被剔除,从而产生剩余孔隙填充物的结构。
其中对于填充物的选择种类比较多,可以选择金属氧化物,碳、硅等非金属单质,金属或者有机高分子材料等。
光子晶体光学性质及应用研究

光子晶体光学性质及应用研究光子晶体是一种周期性的光学介质,它能够控制光的传播和电磁波的频率。
因此,它被广泛应用于光子学、奈米技术和量子物理学等领域。
本文将探讨光子晶体的光学性质及其应用研究。
一、光子晶体的结构光子晶体又称为光子晶体体系,它是一种三维的微结构,由两种或多种折射率不同的材料交错排列而成。
其周期性的结构可与X射线衍射图谱相容,这使得光子晶体结构更加稳定。
光子晶体的周期性结构可被描述为一个具有周期性类型的反射格子。
当光子进入晶体时,光子会受到结构的限制而无法传播,因此,光子晶体被称为光子带隙材料。
光子晶体的带隙材料限制了光子在晶体中的传播,并阻碍了将光子从材料中释放出来。
二、光子晶体的光学性质1. 带隙结构带隙结构是光子晶体最重要的光学性质之一。
当光子晶体的周期性结构与光子波长相当时,晶体的折射率会变化,光子波长会被阻碍,因此,光子波长不能穿过晶体。
这种阻碍被称为带隙。
光子晶体的带隙结构比普通晶体的带隙结构更加独特。
2. 带隙的调节带隙可以通过改变光子晶体的结构而调节。
调节可以通过改变晶体的格子常数、导入分子缺陷或添加金属粒子等方式实现。
3. 光效应光子晶体可表现出一些特殊的光效应,例如衍射、散射、透射和吸收。
这些光效应可用于制造新型的传感器、光学滤波器和光学开关等。
三、光子晶体的应用1. 光学控制器件光子晶体可制造出一些特殊的光学控制器件,例如光学调制器、光学滤波器、光谱成像器和光波导器等,这些控制器件在光通信和光计算等领域有广泛的应用。
2. 光子学传感器光子晶体中的局部折射率变化可用于制造高灵敏度的光子学传感器。
光子学传感器可在生物医学、环境监测和工业制造等领域中有很多应用。
3. 太阳能电池光子晶体中的带隙结构可用于制造太阳能电池。
由于光子晶体的带隙特性,它能够有效地增强太阳电池的光吸收效果,从而提高太阳电池的转换效率。
四、结论光子晶体是一种光学介质,它具有周期性的结构和调节带隙的能力。
光子晶体及其应用

光子晶体及其应用光子晶体是一种具有周期性结构的光学材料,由于其特殊的光学性质和结构,被广泛应用在光学器件、生物医学、光通讯等领域。
本文将介绍光子晶体的基本概念、结构特点及其在不同领域的应用。
一、光子晶体的基本概念光子晶体是一种具有周期性结构的材料,在这个材料中,电子波照到晶体上会被电子所反射。
同样的道理,光子晶体中的光波照到晶体中也会发生反射。
由于光子晶体中的周期性结构,其对光的反射和透射具有非常特殊的光学性质,可以用来控制光的传播和强度分布。
二、光子晶体的结构特点光子晶体的结构可以分为一维、二维和三维结构。
其中,三维结构的光子晶体最为复杂和多样化,其结构可以类比于晶体的结构,具有完美的晶体周期性。
二维光子晶体是由两层周期性平面构成的,一维光子晶体是由一个周期性结构构成的。
除了结构上的区别,光子晶体还具有以下特点:1、色散关系特殊。
光子晶体中的色散关系与普通媒质不同,有时会呈现出反常色散现象。
2、布拉格反射。
在光子晶体中,光波照射到晶体上会发生布拉格反射现象,即光受到反射的角度与入射角度相等,反射后的光波会受到相位差。
3、光波导。
在光子晶体中,由于其介质介电常数的周期性变化,可以形成光子带隙,从而达到光波导的目的。
三、光子晶体的应用1、光学器件。
光子晶体具有良好的光学性质,可以用来制造滤光器、反射镜、光纤等光学器件。
2、生物医学。
光子晶体可以用于生物医学,如制作一些新型传感器、生物分子的检测等。
3、光通讯。
光子晶体光纤可以提高光通讯的传输速度和质量,有效地消除光波导结构中存在的散射问题。
4、太阳能电池。
光子晶体可以制造太阳能电池,利用传统的硅基太阳能电池反射的光线转化为光子波导,达到吸收更多的光线能量的效果。
5、光学计算。
光子晶体可以用来制造光学计算器,这种计算器以光子晶体为介质,将光传递过程中的衍射、干涉等光学效应应用于计算。
光子晶体作为一种新型的光学材料,具有良好的光学性质和应用前景。
随着科技的不断发展,光子晶体在各个领域的应用前景也将越来越广泛。
光子晶体光学的研究及应用
光子晶体光学的研究及应用光子晶体光学是一门以光学为基础的研究学科,它围绕着光子晶体的结构和性质展开。
光子晶体是一种由周期性的介电常数或电导率分布组成的结构,其晶格常数和介质常数的尺度与光波长相当。
通过控制光子晶体的结构和形态,可以实现对光的传输、反射和折射的控制,进而实现一系列的光学应用。
在光子晶体光学研究领域,光子晶体的制备技术是其中一个重要的研究方向。
这种技术涉及多种材料的制备和处理,包括有机材料、无机材料、聚合物、硅等。
通过现代制备技术的发展,研究者们已经可以制备出复杂的光子晶体结构,并控制其光学性质。
光子晶体的应用范围非常广泛,涵盖了光通信、生物医学、传感器、光学计算等领域。
以下几个方面可以进一步说明光子晶体光学的研究和应用意义。
1. 光通信:在传统的光通信中,采用的是光纤传输的方式,传输距离较远时,会带来信号衰减和传输损耗的问题。
而光子晶体在光通信中的应用,可以实现光的引导和传输的控制以及干涉,从而解决了信号衰减和传输损耗的问题。
此外,光子晶体还可以实现光的集成和多通道选择,因此被广泛用于光通信设备的研究和制备。
2. 生物医学应用:生物医学中常用光子晶体作为生物传感器。
通过固定生物分子和光散射或反射的方式,可以检测到生物分子的存在和浓度,从而实现快速检测和诊断。
另外,光子晶体还可以应用于生物成像和治疗。
通过利用光子晶体的穿透和反射性质,可以实现高分辨率的生物成像,同时也可以实现精密的光学治疗。
3. 光学计算:光子晶体可以用于光学计算器的研究和制备。
光子晶体的结构可以被视为是一个微型的光学元件阵列,通过制备不同的结构和形态,可以实现不同的光学特性。
因此,光子晶体可以被用作光学计算元件,应用于光学计算、光学逻辑和数据存储等领域。
总之,光子晶体光学的研究和应用,涵盖了科学、工程、医学和生物等多个领域。
在未来的发展中,随着制备技术和性能的不断提高,光子晶体光学将会得到更广泛的应用和发展。
光子晶体的制备和应用
光子晶体的制备和应用光子晶体是一种特殊的晶体结构,它的介电常数在空间中呈周期性的分布,具有优异的光学性质。
由于其具有光学带隙结构,使得光子晶体在光学器件和传感器上具有广泛的应用前景。
本文将介绍光子晶体的制备方法和一些应用领域。
一、光子晶体的制备光子晶体的制备方法有多种,其中最常见的制备方法包括自组装、光刻、离子束刻蚀、电子束曝光等。
下面介绍其中几种制备方法。
(一)自组装法自组装法是目前最常用的制备光子晶体的方法。
它是将一种具有表面活性基团的分子,在水溶液中形成自组装薄膜,然后在薄膜上沉积金属,经过清洗和去除有机分子,即得到具有光子晶体结构的金属膜。
自组装法制备的光子晶体具有周期结构、厚度均匀、晶体质量好等特点。
自组装法的缺点是结构周期可调范围小,几何形状单一。
(二)光刻法光刻法是一种将紫外线或电子束照射在光敏性材料上,然后通过化学溶解等方式去除未经照射的区域,形成微米、纳米级别的结构的方法。
光刻法可以制备出更加复杂的结构,但成本相对较高。
同时,光刻法需要高质量的光刻模板,这也增加了制备难度。
(三)离子束刻蚀法离子束刻蚀法是利用离子束轰击材料表面的方式进行微细结构加工,一般用于制备微纳米级别的结构。
离子束刻蚀法具有加工精度高、控制性好、适用于多种材料等特点。
但相比于其他制备方法,它的制备速度较慢。
二、光子晶体的应用光子晶体具有优异的光学性质,在光学器件和传感器领域有着广泛的应用。
(一)光学器件光子晶体可以用于制备各种光学器件,如纳米结构光学器件、激光器等。
其中,纳米结构光学器件是目前应用最广泛的一种。
它可以用于制备各种反射镜、滤波器、衍射光栅等。
与传统的光学器件相比,纳米结构光学器件具有更高的分辨率和更小的体积。
(二)传感器光子晶体还可以用于制备各种传感器。
例如,通过在光子晶体膜上吸附气体分子,可以监测气体浓度。
此外,光子晶体还可以制备基于全反射原理的生物传感器,用于检测生物分子或细胞。
(三)其它应用光子晶体还有许多其它应用。
红荧烯反蛋白石的制备及其光学性质研究
E] Wo dokI V.Enrp i ee c ewentefc—e te u ia dh xg n l ls—ak dcy tl tutrs 1 o cc to ydf rneb t e aecnrdc bc n e ao a oep c e rsa srcue f h c [] J .Naue 9 7 8 (6 2 :4 4 . tr ,1 9 ,3 5 6 1 ) 1 11 3 [] Z k i vA B u h nR H,Ih l e 1 ab nsrcu e t he i n i a p r dct t pia 2 a hd A, a g ma o q a Z, t .C r o tut rswi t redmes n l ei i ya t l a h o o i o c waee gh J.S ine 9 8 2 2 5 9 ) 8 79 1 v l ts _ n ] cec ,1 9 , 8 ( 30 :9 0 . [ ] Malw ,Mudrsu ,S ai ea .(p l: tt s n rs et J. gw.C e 3 r F o lai r h ri t 1 )as S au dpop csl] An e n fP, a _ hm.It d ,20 , 8 n.E . 0 9 4
表 1 红荧烯反蛋 白石及模板 B ag反射 峰计算 与实测 数据 rg
Re lc in s e tao h o eia nd e p rme tlr s ls fe to p cr ft e rtc la x e i n a e ut
* 根据 S M 图像 中测得 的微球粒径 以及反蛋 白石空腔孔径 E
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TiO_2光子晶体的光子带隙及其应用
收稿:2007年4月,收修改稿:2007年8月 3通讯联系人 e 2mail :gjqiao @TiO 2光子晶体的光子带隙及其应用李晓菁1 乔冠军13 陈杰 2 周 熙1(1.西安交通大学金属材料强度国家重点实验室 西安710049;2.西安交通大学能源与动力学院 西安710049)摘 要 最近利用T iO 2光子晶体控制光子的研究取得了一定进展。
本文概述了T iO 2光子晶体的分类、性质、制备和应用。
T iO 2光子晶体在反射器件、光电转换、化学传感器和光催化等方面应用前景广阔,目前,可见光和近红外波段的T iO 2光子晶体的合成是工作的难点,本文对今后T iO 2光子晶体的研究提出了展望。
关键词 光子晶体 T iO 2 光子带隙 蛋白石 反蛋白石中图分类号:O734 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2008)0420491208Application on the Photonic B and G ap of Titanium Dioxide Photonic CrystalsLi Xiaojing 1 Qiao Guanjun13 Chen Jierong 2 Zhou Xi1(1.State K ey Laboratory for Mechanical Behavior of Materials ,X i ’an Jiaotong University ,X i ’an 710049,China ;2.School of Energy and P ower Engineering ,X i ’an Jiaotong University ,X i ’an 710049,China )Abstract Recently the progress has been made in the area of controlling and manipulating photon with photonic crystal of titanium dioxide.In this paper photonic crystal of titanium dioxide ,including s ort ,properties ,fabrication ,and application ,are com prehensively reviewed.Photonic crystal of titanium dioxide is the promising material for its application in reflector ,photoelectric conversion ,chemical sens or and photocatalysis.At present ,the synthesis of photonic crystal of titanium dioxide w orking at near in frared and visible wavelength is a hard w ork.Research field of photonic crystal of titanium dioxide in the future is dealt with in this review.K ey w ords photonic crystals ;titanium dioxide ;photonic band gap ;opal ;inverse opal1 引言1987年Y ablonovitch [1]和John [2]几乎同时提出了光子晶体的概念:具有光子带隙的周期性电介结构。
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反蛋白石结构光子晶体及其应用的研究∗
单晶;谭天亚;张春玉;步秋雨;韩亚洲;季亚楠;张帆;梅勇;徐攀峰;王绩伟
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2016(030)005
【摘要】反蛋白石结构光子晶体因具有完全光子带隙、制备材料广泛、特殊的周
期结构、大的比表面积和连通的孔洞结构,近年来在自发辐射的调制、提高光催化反应速率和染料敏化太阳能电池反应速率等领域成为研究热点之一,并且在光、电、催化、传感、显示、检测等领域有着巨大的应用价值。
介绍了反蛋白石结构光子晶体的基本概念及制备方法,阐述了反蛋白石结构在材料自发辐射的调制、能量传递的调制、促进物理化学反应、外界环境响应材料等方面的作用及其应用。
【总页数】6页(P12-16,22)
【作者】单晶;谭天亚;张春玉;步秋雨;韩亚洲;季亚楠;张帆;梅勇;徐攀峰;王绩伟
【作者单位】辽宁大学物理学院,沈阳 110036;辽宁大学物理学院,沈阳 110036;辽宁大学物理学院,沈阳 110036;辽宁大学物理学院,沈阳 110036;辽宁大学物
理学院,沈阳 110036;辽宁大学物理学院,沈阳 110036;辽宁大学物理学院,沈
阳 110036;辽宁大学物理学院,沈阳 110036;辽宁大学物理学院,沈阳 110036;
辽宁大学物理学院,沈阳 110036
【正文语种】中文
【中图分类】O734
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