[发明专利]多层聚合物薄膜三维光子晶体及其制作方法

说明书

本发明提供一种多层聚合物薄膜三维光子晶体及其制作方法，三维光子晶体包括：基底和聚合物薄膜叠层，聚合物薄膜叠层贴合在基底表面，聚合物薄膜叠层由两种或两种以上具有不同折射率的聚合物薄膜交替地周期性排布形成，聚合物薄膜叠层具有多个垂直穿透其厚度方向的空气孔，空气孔在聚合物薄膜叠层中按晶格形式排列。本发明采用的聚合物薄膜的结构千变万化，易于成形和处理，生产制作工艺简单，成本低，利于大面积制作，且聚合物材料种类众多，折射率、密度等可以调控，为光子晶体制作提供了很大的选择空间，可使得光子晶体具有各种各样不同的性质，同时本发明可大大地降低光子晶体的制作难度。

技术领域

本发明属于光子晶体技术领域，特别是涉及一种多层聚合物薄膜三维光子晶体及其制作方法。

背景技术

在高度信息化的时代，信息量十分巨大，这对信息传输、处理的速度以及容量提出了更高的要求。光子作为信息载体相比电子具有多方面的优势，光信息传输带宽大、速率高，且光信号处理速度快、不受电磁场干扰。这些优点使得光子必将在信息化社会中扮演重要角色。与半导体晶体能够操控电子一样，光子晶体是一种能够控制光子行为的人工周期性电介质结构材料，可以在一维、二维或三维空间中形成折射率的周期性分布，由于布拉格散射，电磁波在其中传播时会受到调制而形成能带结构，这种能带结构叫做光子能带，而具有这种能带结构的材料，被称作光子晶体。

光子晶体的应用领域非常广泛，例如低损耗反射镜、低阈值激光器、高品质因子光学微腔、体积小且分辨率高的超棱镜、低驱动的非线性光开关和放大器、高效发光二极管、以及具有色散补偿功能的光子晶体光纤等都是基于光子晶体而相继被提出的全新光子学器件。此外，光子晶体体积小，在新的纳米技术、光通信、光计算、以及芯片等领域也具有广阔的应用前景。但是，由于光子晶体的晶格尺度和光波长具有相同的数量级，如对于光通信波长(1.55微米)，要求光子晶体的晶格尺度在0.5微米左右，传统光子晶体的制备难度通常非常大，且价格昂贵。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多层聚合物薄膜三维光子晶体及其制作方法，用于解决现有技术中光子晶体生产工艺技术复杂，制作成本高，产率低，不适用大规模生产的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多层聚合物薄膜三维光子晶体，所述三维光子晶体包括：基底和聚合物薄膜叠层，所述聚合物薄膜叠层贴合在所述基底表面，所述聚合物薄膜叠层由两种或两种以上具有不同折射率的聚合物薄膜交替地周期性排布形成，所述聚合物薄膜叠层具有多个垂直穿透其厚度方向的空气孔，所述空气孔在聚合物薄膜叠层中按晶格形式排列。

可选地，所述聚合物薄膜叠层包括PS、PMMA、PVK、CA、PDMS、PVP和PC中的任意两种或多种。

可选地，所述基底包括玻璃、硅、聚合物材料中的一种。

可选地，根据所述三维光子晶体的光学特性要求选取所述聚合物薄膜叠层中各聚合物薄膜的材料以及所述聚合物薄膜的折射率、周期、厚度、层数及排布情况，其中，所述三维光子晶体的光学特性包括光子晶体禁带中心频率和禁带宽度。

可选地，所述聚合物薄膜叠层的厚度通过双向拉伸所述聚合物薄膜叠层的方法可逆地进行调节。

可选地，所述空气孔在所述聚合物薄膜叠层中按方形晶格、矩形晶格、三角晶格或六角晶格的形式排列。

可选地，所述三维光子晶体还包括三维光子晶体微腔，所述三维光子晶体微腔通过规律性地改变某些空气孔的大小或去除某些空气孔形成。

可选地，所述多层聚合物薄膜三维光子晶体用于以下设备中的一种或多种：微米级激光器、光子晶体波导、光子晶体天线、光子晶体滤波器、光子晶体光纤、光子晶体发光二极管、低阈值激光发射器、光子晶体谐振腔及高性能反射镜。