[发明专利]基于光子晶体的近紫外至近红外光波段全角度反射器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子晶体反射器，特别是涉及一种可以在近紫外至近红外光波段全角度反射的光子晶体反射器。

背景技术

光子晶体作为一种新型的人造光电功能材料，因其良好的光学性质而备受关注。光子晶体是一种介电材料在空间中呈周期分布形成的人工晶体，其重要特点是可以形成光子禁带，落在禁带频率范围内的光波在晶体中将不能传播，利用这一特性可利用光子晶体制作反射器。光子晶体所用材料多为低吸收系数的介电材料，因此反射率较高，可达99%以上。而一维光子晶体较二维和三维光子晶体结构简单、更易于制备。

R．Jomtarak等(Geometrically Distributed 1D photonic Crystals for Light-reflection in All Angles, Procedia Engineering. 2012, Vol:32, 455-460)提到使用多层晶体级联的方法获得全角度反射器，但所获得的禁带范围较窄。

A．Mouldi等(Design of an omnidirectional mirror using one dimensional photonic crystal with graded geometric layers thicknesses, Optik. 2012, Vol:123, 125-131) 提到使用材料厚度渐变的方法获得较宽禁带，但所得到的禁带宽度仍未覆盖紫外至近红外光波段，不能用于紫外至近红外光波段的全角度反射器。

韩培德等(Omni-directional mirror for visible light based on one-dimensional photonic crystal, Chinese Optics Letters. 2011, Vol:9, 071603-071603)提出使用４种晶体相叠加，可以获得可见光波段全角度反射器，但禁带仍不能覆盖近紫外至近红外光波段，且这种方法所需晶体周期数较多，结构较为复杂。

201210139917.0专利申请提供了一种基于光子晶体的全可见光波段全角度反射器，该反射器使用氟化锂、锗构造复合结构的一维光子晶体[A/B]_m[C/D]_n，但其工作范围仅覆盖全可见光波段，未能在全角度范围内覆盖近紫外波段至近红外光波段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光子晶体的近紫外至近红外光波段全角度反射器，该反射器当光线以0°至85°角入射时，始终可实现近紫外至近红外光波段的高反射。

本发明采用频域叠加原理，即将具有不同频段禁带范围的光子晶体相叠加，以形成超宽禁带，实现近紫外至近红外光波段全角度反射器。

本发明基于光子晶体的近紫外至近红外光波段全角度反射器由两种光子晶体叠加构成，每种光子晶体均由两种不同的介电材料按照相同的周期交替排列而成，反射器的结构为[A/B]_m[C/D]_n，其中：

所述的第一光子晶体中，材料A的介电常数1.96，材料B的介电常数16，光子晶体的晶格常数d=160nm，单个周期内A的宽度d₁=0.76d，B的宽度d₂=0.24d；

所述的第二光子晶体中，材料C的介电常数1.96，材料D的介电常数16，光子晶体的晶格常数d=160nm，单个周期内C的宽度d₃=0.5d，D的宽度d₄=0.5d。

本发明发现，当选择的周期数m=n=9时，可在近紫外至近红外光波段实现较好的反射特性，反射率达到99%以上。

本发明中，用于构造反射器的介电材料A和C选择氟化锂，B和D选择锗。但是，用于构建本发明反射器的介电材料并不局限于氟化锂和锗，凡是介电常数与其相等或接近的其他各类材料，均可以用于构建本发明反射器。

本发明基于光子晶体的近紫外至近红外光波段全角度反射器的制备可以采用常规磁控溅射镀膜的方法，在光学基板上依次镀周期数为m的[A/B]_m晶体和周期数为n的[C/D]_n晶体。

本发明基于光子晶体的近紫外至近红外光波段全角度反射器结构简单，易于制备，可以实现近紫外至近红外光波段的全角度反射，且反射率可以达到99%以上。