[发明专利]太赫兹波段光子晶体制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹波段的光子晶体的加工制作方法。

背景技术

由于超快光子学和太赫兹时域光谱(TDTS)技术[D. H. Auston, K. P. Cheung, and P. R. Smith. Picosecond photoconducting Hertziandipoles. Appl. Phys. Lett. 45, 284 (1984).]的发展，太赫兹波段的研究与应用引起人们的广泛关注。随着太赫兹技术在医学成像、无损探测、科学研究以及无线通讯等方面的应用，各种太赫兹波段的设备及光子器件开始被研发出来。

在太赫兹技术出现的同一时期，光子晶体(PCs)的奇特的光学性质也被报道出来[E. Yablonovitch. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics. Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).]。某些频段的电磁波可以被光子晶体完全反射，某些频段的电磁波可以被限制在光子晶体的某些特殊位置，可以通过对光子晶体缺陷模式的设计，来实现光子的高度局域化，从而实现光波的人工调控。与传统设备相比，在实现相同功能的情况下，光子晶体设备所占空间更小，因此使用光子晶体设备可以提高光与电子设备的集成度。光子晶体的研究工作一般集中在光子晶体的设计与制作，以及光子晶体对光学波段和微波波段光波的控制等方面。

太赫兹波段光子晶体能够对太赫兹波段电磁波进行调节和控制。太赫兹波段光子晶体的周期结构尺度一般为百微米量级。选取合适的介质材料，通过结构设计，可以制成一维、二维和三维太赫兹波段光子晶体。在太赫兹波段，材料对电磁波的响应一般会涉及到材料中自由载流子和声子等。因此，对材料特性的研究与选取也是太赫兹波段光子晶体研究的重要组成部分。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的不足提供一种太赫兹波段光子晶体的制作方法，所制成的光子晶体具有光子禁带(PBG)，可以对电磁波进行调制。利用太赫兹波段光子晶体可以制成太赫兹波段光子器件，可用于科学研究以及实际生产应用。

为达到上述目的，本发明的构思是：

尽管太赫兹波段光子晶体的周期尺度在百微米量级，与可见光波段光子晶体相比，便于加工，但是在制作二维或三维太赫兹波段光子晶体时，仍然具有一定的难度，在制作具有特定缺陷的二维或三维太赫兹波段光子晶体时难度更高。本发明通过选择适当材料，利用飞秒微加工直写技术，分散加工，组装堆叠的方法，可以很简便的制作二维或三维太赫兹波段光子晶体，可以方便的在其中添加缺陷。

本发明的太赫兹波段的光子晶体，其结构为介质材料成周期性排列，周期排列的介质材料单元尺寸为百微米量级，周期排列的介质材料对太赫兹波段电磁波进行散射，形成光子带隙。太赫兹波段光子晶体整体一次性加工比较困难，可将光子晶体分解成多层介质材料的叠加组合，对每层介质材料单独进行加工，最后进行组装，得到一维、二维或三维结构的太赫兹波段光子晶体。

根据上述发明构思，本发明采用的技术方案如下：

一种太赫兹波段光子晶体制作方法，其特征在于操作步骤如下：

1.      按照需要设计光子晶体的结构，并将其分解为多层周期结构和缺陷层结构的叠加，得到各周期层和缺陷层的结构及其尺寸；

2.      选取薄片状介质材料作为光子晶体周期性介质材料，薄片状介质材料的厚度与步骤1得到的各层的厚度相同；

3.      按照各层的结构，使用飞秒微加工直写技术对薄片状介质材料进行加工；

4.      组装带有结构的薄片状介质材料，得到立体结构的太赫兹波段光子晶体。

上述制作方法步骤1中，周期层的厚度与周期介质的单元尺寸相同为最佳，便于加工组装。上述制作方法步骤2中，选取的薄片状介质材料应对太赫兹波段电磁波无吸收或吸收率很低，在太赫兹波段的折射率应与空气的折射率之差较大，应便于微加工成型，如石英玻璃、硅、纸等。上述制作方法步骤3中，飞秒微加工的过程中，应充分考虑激光光斑直径，激光焦点到材料表面的距离根据介质材料厚度适当调整，加工出的结构应形状标准，误差应远小于光子晶体对应的太赫兹波段电磁波波长，加工截面相对于光子晶体对应的太赫兹波段电磁波应足够光滑。上述制作方法步骤4中，组装时各层介质材料应对应整齐，其误差应远小于光子晶体对应的太赫兹波段电磁波波长。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：