CN101055399A - 聚苯乙烯光子晶体及聚苯乙烯光子晶体光开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚苯乙烯光子晶体和利用聚苯乙烯光子晶体的光开关。该光子晶体以石英为基片，在石英基片上制备一层聚苯乙烯薄膜，在聚苯乙烯薄膜上刻蚀出周期性的以正方晶格排列的孔。该光开关，包括：一聚苯乙烯光子晶体，所述光子晶体的横向两端分别与第一聚苯乙烯薄膜波导和第二聚苯乙烯薄膜波导相连接，第一棱镜，第二棱镜。本发明的优点：用聚苯乙烯取代半导体材料，利用聚苯乙烯的大的三阶非线性系数来实现高开关对比的光开关，时间响应小于25fs，制备简单，使用和测量方便，利于集成。

Description

聚苯乙烯光子晶体及聚苯乙烯光子晶体光开关

技术领域

本发明涉及光子晶体，尤其涉及一种聚苯乙烯光子晶体和利用聚苯乙烯光子晶体的光开关。

背景技术

光子晶体具有光子带隙，能够非常有效地控制光子的传输状态，成为制备集成光子器件的重要基础。基于光子晶体的光开关，在波分复用器件、光学互联网络、快速光学信息处理等领域具有非常重要的应用。但是，实现光开关需要高质量的光子晶体，尤其对光子带隙的要求更为苛刻，因此，目前对光子晶体光开关的研究工作仍主要集中在理论研究方面，比如文献1，X.Wang，K.Kempa，Z.F.Ren andKimball B，“Rapid photon flux switching in two-dimensional photoniccrystals”，Appl.Phys.Lett.，2004，84(11)：1817-1819中公开的技术。

已有技术提出了许多机理来实现光子晶体光开关，如文献2，P.Tran，“Optical Switching with a Nonlinear Photonic Crystal：a Numerical Study”，Opt.Lett.1996，21(15)：1138-1140；和文献3，P.M.Johnson，A.F.Koenderink，W.L.Vos，“Ultrafast Switching of Photonic Density of States in PhotonicCrystals”，Phys.Rev.B 2002，66(11)：081102(R)；和文献4，M.Soljacic，M.Ibanescu，S.G.Johnson，Y.Fink and J.D.Joannopoulos，“Optical bistableswitching in nonlinear photonic crystals”，Phys.Rev.E，2002，66(5)：055601(R)；和文献5，M.F.Yanik，S.Fan and M.Soijacic，“High-contrastall-optical bistable switching in photonic crystal microcavities”，Appl.Phys.Lett.，2003，83(14)：2739-2741中公开的技术。现有技术普遍采用的是光子带隙偏移机理，如文献6，M.Scalora，J.P.Dowling，C.M.Bowden and M.J.Bloemer，“Optical Limiting and Switching of Ultrashort Pulses in NonlinearPhotonic Band Gap Materials”，Phys.Rev.Lett.，1994，73(10)：1368-1371)中公开的技术。

快速的时间响应和高开关效率(即探测光的透过率对比或反射率对比)是光开关的两个重要指标。文献7，S.W.Leonard，H.M.Van Driel，J.Schilling andR.B.Wehrsophn，“ultrafast band-edge tuning of a two-dimensional siliconphotonic crystal via free-carrier injection”，Phys.Rev.B，2002，66(16)：161102(R)中公开了Leonard利用微加工刻蚀技术在硅片上刻蚀出周期性的空气孔，形成三角晶格的二维光子晶体，利用脉冲宽度是300fs的激光将自由载流子注入光子晶体，使硅的折射率发生变化，光子带隙发生迁移，实现了接近58％的探测光反射率的对比，光开关的时间响应在450fs。文献8，A.Hache and M.Bourgeois，“Ultrafast all-optical switching in a silicon-based photonic crystal”，Appl.Phys.Lett.，2000，77(25)：4089-4091中公开了Hache利用非晶硅和SiO₂制备出一维非线性光子晶体，并以脉冲宽度为240fs的飞秒激光泵浦光子晶体，通过光子带隙的迁移，实现了400fs的光开关时间响应，探测光透过率对比仅为15％。文献9，M.Shimizu and T.Ishihara，“Subpicosecond transmission change insemiconductor-embedded photonic crystal slab：toward ultrafast opticalswitching”Appl.Phys.Lett.，2002，80(16)：2836-2838中公开了Shimizu用脉冲宽度为200fs的飞秒激光泵浦一维半导体光子晶体，由于激子的非线性Stark效应使材料的色散关系发生变化，光子带隙发生迁移，获得了200fs的光开关的时间响应，探测光透过率对比为2％。文献10，D.A.Mazurenko，R.Kerst，J.I.Dijkhuis，A.V.Akimov，V.G.Golubev，D.A.Kurdyukov，A.B.Pevtsov andA.V.Selkin，“Ultrafast optical switching in three-dimensional photoniccrystals”，Phys.Rev.Lett.，2003，91(21)：213903中公开了Mazurenko利用直径是230nm的SiO₂小球自组织生长成三维光子晶体模板，然后在模板中填充硅，形成一种Si基Opal结构，并且利用脉冲宽度为15fs的飞秒激光泵浦光子晶体，利用非线性光学Kerr效应使光子带隙发生移动，光开关时间响应达到30fs，但是探测光的反射率对比仅达到1％。

一维光子晶体的制备需要将多层介质膜周期性排列，介质层的厚度不易控制，制备高质量的光子晶体较困难。而三维光子晶体制备主要依靠自组织生长技术，外部环境参数如温度、湿度等的变化对光子晶体的自组织生长过程影响很大，制备高质量的无缺陷的单晶光子晶体很困难。而利用硅等半导体材料制备的光子晶体，虽然可以实现fs量级的光开关时间响应，但是，受半导体材料自身非线性特性的限制，难以实现高开关效率，这就极大地限制了光子晶体光开关的实际应用。

因此，现有技术的不足就需要一种改进的光开关。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足而提供一种具有高开关效率的、fs量级开关时间响应的二维光子晶体光开关。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种光子晶体，以石英为基片；其特征在于：在石英基片上制备一层聚苯乙烯薄膜，在聚苯乙烯薄膜上刻蚀出周期性的以正方晶格排列的孔。

一种制备聚苯乙烯光子晶体的方法，包括以下步骤：

1)在石英基片上制备聚苯乙烯薄膜；

2)在聚苯乙烯薄膜上刻蚀出周期性的以正方晶格排列的孔；

在上述技术方案中，所述聚苯乙烯薄膜厚度为250nm-350nm。

在上述技术方案中，所述周期性的正方晶格空气孔的晶格常数为200nm-900nm。

在上述技术方案中，所述孔的直径小于3/4晶格常数；

在上述技术方案中，所述孔的深度300nm-500nm；

在上述技术方案中，为了保证聚苯乙烯薄膜光子晶体的更好的导波特性，所述孔的深度大于聚苯乙烯薄膜的厚度。

在上述技术方案中，步骤2)中整个刻蚀区域的尺寸大于1.5微米×50微米。

在上述技术方案中，所述步骤1)中，利用spin-coating方法制备聚苯乙烯薄膜。

在上述技术方案中，所述步骤2)中利用聚焦离子束刻蚀方法在聚苯乙烯薄膜上刻蚀出周期性的正方晶格空气孔。

一种上述聚苯乙烯光子晶体的用途，其特征在于，用于光开关，当没有泵浦激光作用时，探测激光被所述光子晶体全反射回来而不能通过光子晶体，关开关处于“关”状态；当泵浦激光作用于光子晶体时，探测激光能够通过光子晶体，光开关处于“开”状态。

一种光开关，其特征在于，包括：

一聚苯乙烯光子晶体，泵浦光垂直于该聚苯乙烯光子晶体入射；

所述光子晶体的横向两端分别与第一聚苯乙烯薄膜波导和第二聚苯乙烯薄膜波导相连接；

第一棱镜位于第一聚苯乙烯薄膜波导的上方，用于将探测光耦合进该第一聚苯乙烯薄膜波导；

第二棱镜位于第二聚苯乙烯薄膜波导的上方，用于将探测光耦合出该第二聚苯乙烯薄膜波导。

在上述技术方案中，所述第一和第二棱镜的折射率大于所述聚苯乙烯波导的折射率。

在上述技术方案中，所述二维聚苯乙烯光子晶体的晶格常数为200nm-900nm。

在上述技术方案中，所述二维聚苯乙烯光子晶体的孔的最大内径小于3/4晶格常数；

在上述技术方案中，为了保证聚苯乙烯薄膜光子晶体的更好的导波特性，所述空气孔的深度大于聚苯乙烯薄膜的厚度。

在上述技术方案中，所述二维聚苯乙烯光子晶体整个刻蚀区域的长度大于1.5微米，宽度大于50微米。

在上述技术方案中，所述第一和第二聚苯乙烯薄膜波导的长度大于1.5cm，宽度与光子晶体的宽度相同。

在上述技术方案中，所述第一和第二棱镜的内侧距离是为2mm-5mm。

本发明利用聚苯乙烯自身的三阶非线性光学Kerr效应，以及二维光子晶体的光子带隙特性来实现光开关。光子晶体的光子带隙来源于介电常数在空间的周期性分布对入射电磁波的调制作用。光子带隙特性的作用是，由于强烈的布拉格散射，波长落入光子带隙中的入射光束，将被光子晶体全反射回来而不能通过光子晶体。聚苯乙烯具有很强的三阶非线性光学Kerr效应，使得聚苯乙烯的折射率随泵浦光强的变化而改变，引起光子带隙发生迁移，由此实现光开关效应。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明用聚苯乙烯取代半导体材料，利用聚苯乙烯的大的三阶非线性系数来实现高开关对比的光开关；

2、实现快速光开关，时间响应小于25fs；

3、本发明的光子晶体制备简单，使用和测量方便，利于集成。

附图说明

图1表示本发明光开关处于“关”状态示意图；

图2表示本发明光开关处于“开”状态示意图；

图3表示光子带隙迁移方法实现光开关示意图；其中110表示导带，111表示光子带隙；

图4表示本发明光耦合结构剖面示意图；

图5表示本发明光耦合结构内场分布；其中曲线500表示棱镜模场分布，曲线501表示波导模场分布；

图6表示本发明的二维聚苯乙烯光子晶体的结构示意图；

图7表示本发明的聚苯乙烯光子晶体光开关结构示意图；

图8表示本发明光开关应用实验光路图；

图9表示本发明一实施例的光子晶体短波带边的透过谱曲线；

图10表示本发明一实施例中探测光透过率随时间延迟的变化曲线，探测激光的强度为5KW/cm²，泵浦激光强度为13GW/cm²；

图面说明：

100-光子晶体；200-入射探测光；201-出射探测光；300-泵浦光；

h₁-聚苯乙烯薄膜厚度；

n₁-聚苯乙烯折射率1.59；

n₂-石英基片折射率1.45；

1-聚苯乙烯薄膜；

2-光子晶体中的空气孔，半径50nm～350nm；

3-光子晶体的晶格常数，为200nm～700nm；

4-激光器泵源；

5-钛宝石飞秒激光器；

6-斩波器；

7-半透半反射镜；

8、9、10、11、12-45°全反射镜；

13、14-高折射率直角棱镜，棱镜折射率为1.7；

15-光谱仪；

16-光电倍增管；

17-锁相放大器；

18-计算机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

制备如图1所示的聚苯乙烯光子晶体，步骤包括：

1)利用spin-coating方法在折射率为n₂＝1.45的石英基片上，制备折射率n₁＝1.59的聚苯乙烯薄膜1，薄膜厚度300nm；本领域技术人员清楚，spin-coating方法是一种通用的薄膜制备方法，可以制备不同厚度的有机物薄膜。在本实施例中，使用spin-coating方法的具体技术包括：

材料与设备：

聚苯乙烯：分子量为8,000,000的聚苯乙烯粉末，瑞士Fluka Chemie公司提供；

甲苯：北京北化精细化学品有限责任公司提供，分析纯；

甩膜机：KW-4A型台式甩膜机，中国科学院微电子研究中心提供；

石英基片：尺寸4cm×4cm，厚度0.17mm，江苏姜堰新康医疗器械有限公司提供；

薄膜制备过程：

将聚苯乙烯与甲苯按照1∶140的重量比配置成聚苯乙烯溶液。将石英基片放置于甩膜机的旋转平台上。用吸管吸取0.8ml配好的聚苯乙烯溶液，滴在石英基片上。开动甩膜机进行甩膜，甩膜机的转速设定在1500r/min，甩膜时间为8s。甩膜完成后，将覆有聚苯乙烯薄膜的石英基片在空气中放置半小时，以保证薄膜中的甲苯完全挥发。膜厚由甩膜机的转速和甩膜时间决定。本实施例制备的聚苯乙烯薄膜厚度300nm，尺寸3cm×3.5cm。。石英的折射率1.45小于聚苯乙烯的折射率1.59，能够保证聚苯乙烯薄膜良好的导波性能。聚苯乙烯薄膜厚度为300nm，能够保证激光在聚苯乙烯薄膜中的单模传输，从而减小激光能量的传输损耗。

2)利用聚焦离子束刻蚀技术在聚苯乙烯薄膜上刻蚀出周期性的正方晶格空气孔2。空气孔2为中空的圆孔，孔半径为230nm，晶格常数3为350nm，空气孔的深度为深度为320nm。本领域技术人员清楚，聚焦离子束刻蚀技术是一种通用的微加工刻蚀技术，能够在介电薄膜材料上刻蚀出不同晶格、不同孔径的空气孔。在本实施例中，采用聚焦离子束刻蚀技术的具体技术方案包括：

材料与设备：

样品：在石英盖玻片上用Spin-Coating方法制备的厚度为300nm的聚苯乙烯薄膜；

聚焦离子束刻蚀系统：型号DB235，美国FEI公司制造；

制备过程：

将待刻蚀的样品放置于聚焦离子束刻蚀系统的样品室中固定好。在样品表面蒸镀一层10nm厚的金属铝。电压设定为25keV，选择Ga离子束流30pA，每个空气孔的刻蚀时间100ms，空气孔半径设为230nm，晶格常数设为350nm。整个刻蚀区域的大小可以按照不同的要求进行设定。本实施例的整个刻蚀区域尺寸为3微米×100微米。为了便于实验测量，整个刻蚀区域的尺寸大于1.5微米×50微米，本实施例的整个刻蚀区域尺寸为3微米×100微米。

本实施例的二维聚苯乙烯光子晶体作为光开关的应用，通过如下方式实现：

如图1所示，没有泵浦激光作用时，探测激光被光子晶体全反射回来而不能通过光子晶体，此时光开关处于“关”的状态。

如图2所示，当泵浦激光作用于光子晶体时，探测激光能够通过光子晶体，此时光开关处于“开”的状态。

聚苯乙烯是一种有机共轭非线性聚合物，其三阶非线性光学效应来源于聚苯乙烯分子中共轭π电子的离域极化，因而具有较大的三阶非线性极化率和fs量级的非线性时间响应，而且聚苯乙烯的三阶非线性极化率的实部数值，比硅、砷化镓等半导体材料大1～2个数量级，如文献11：“钱士雄，王恭明编著，非线性光学——原理与进展，上海：复旦大学出版社，2001年版”中公开的。依据三阶非线性光学Kerr效应，聚苯乙烯的折射率满足以下关系：

$n=n_0+\frac{{120\mathrm{\π}}^2}{{\mathrm{cn}}_0^2}{R}_e\left({\mathrm{\χ}}^{\left(3\right)}\right)I---\left(1\right)$

其中，n₀为聚苯乙烯的线性折射率，是一个常数；c为真空中的光速，χ⁽³⁾为聚苯乙烯的三阶非线性极化率，是一个复数；R_e(χ⁽³⁾)表示取χ⁽³⁾的实部，I为泵浦激光的光强。聚苯乙烯的折射率随着泵浦光强的变化而改变。聚苯乙烯的三阶非线性极化率的实部大于零，因而，随着泵浦光强的增加，聚苯乙烯的折射率变大。对于光子晶体，介电函数的空间周期性分布对入射电磁波的调制作用产生了光子带隙111，这样，聚苯乙烯的折射率随泵浦光强的变化就使介电函数的空间周期性分布发生变化，引起光子晶体的有效折射率改变，光子带隙111的位置发生迁移。

如果选择探测光200的波长位于光子带隙111的短波带边，开始时探测光200不能通过光子晶体，光开关处于“关”的状态。选择泵浦光300的波长位于光子晶体的导带110，并且远离光子带隙111。依据三阶非线性光学Kerr效应，非线性介质的折射率与泵浦光强成正比关系。在泵浦光300的作用下，非线性材料的折射率增大，使得光子晶体的有效折射率增加，光子带隙111向长波方向移动。此时，探测光200位于光子晶体的导带110，能够通过光子晶体，光开关处于“开”的状态。同样，如果选择探测光200的波长位于光子带隙111的长波带边，开始时探测光200可以通过光子晶体。在泵浦光300的作用下，光子带隙111向长波方向移动，使得探测光200的波长落入光子带隙111中，探测光200被全反射回来而不能通过光子晶体，同样能够实现光开关效应。利用光子带隙迁移方法实现光开关，如图3所示。

光子晶体光开关的时间响应取决于三阶非线性材料的非线性时间响应。利用聚苯乙烯制备的光子晶体光开关具有fs量级的开关时间响应。

探测光200与二维聚苯乙烯薄膜光子晶体之间的能量耦合采用prism-film耦合方法，如文献12：“董孝义编著，光波电子学-光通信物理基础，南开大学出版社，1987年版”中公开的技术。本领域技术人员知道，这是在集成光学技术中常用的一种能量耦合方法。用夹具将棱镜压在波导上面，两者之间仅留一窄空气隙s，这样就构成了一个prism-film耦合系统，如图4所示。图4中，n_p、n₁、n₂和n₃分别表示棱镜、薄膜波导、衬底和空气隙的折射率，并且n_p＞n₁＞n₂＞n₃；h表示薄膜波导的厚度；s为空气隙厚度；θ_p为激光束在棱镜底部的入射角；θ₁为导模锯齿形光线在薄膜上、下界面的入射角。W是入射光束的宽度。为了使入射激光束与导波模式耦合，以便将光束引进波导，则要求入射光束沿水平方向即图5中z方向的相速度必须与波导中导波模式的相速度相匹配。入射到棱镜底部的激光束，当其入射角θ_p大于全反射临界角θ_pc时，即

${\mathrm{\θ}}_p>{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{pc}}=\arcsin \frac{n_3}{n_p}---\left(2\right)$

在棱镜区(x＞s)，入射光束和全反射光束相互叠加而形成沿x方向的驻波场；在棱镜底下面的空气隙区域(x＜s)，该驻波场成为沿x方向呈指数衰减的消逝波场。通常把棱镜中以及棱镜底面附近的场分布称为棱镜模。而波导中的导波也在波导的界面处发生全反射，导波模式在空气隙中也成为指数衰减的消逝场。

图5表示了耦合结构中的场分布。如果棱镜与波导相距很远，则棱镜模与波导中的导波模不会发生相互作。但是，当棱镜与波导相互靠近，使其间隙变得很小时，使得空气隙中棱镜模的消逝场的尾部和导波模的消逝场的尾部相互重叠，从而构成了一个折射率分布发生畸变的泄漏波导系统，导致棱镜模式与导波模式之间的耦合，将能量从入射激光束耦合到导波模式中，从而实现了从入射光束到波导的输入耦合。同样，棱镜模式与导波模式之间通过消逝波场的耦合作用，也可以把波导中导波模式的能量耦合出波导，从而实现输出耦合。

利用上述聚苯乙烯光子晶体制作聚苯乙烯光子晶体光开关，如图7所示，该光开关包括：

二维聚苯乙烯光子晶体100，泵浦光垂直于该二维聚苯乙烯光子晶体100入射；

光子晶体100的横向两端分别与300nm厚的第一聚苯乙烯薄膜波导101和300nm厚的第二聚苯乙烯薄膜波导102相连接；

第一棱镜103位于第一聚苯乙烯薄膜波导101的上方，用于将探测光耦合进该第一聚苯乙烯薄膜波导101；

第二棱镜104位于第二聚苯乙烯薄膜波导102的上方，用于将探测光耦合出该第二聚苯乙烯薄膜波导102。

第一和第二聚苯乙烯薄膜波导101、102的长度为1.5cm，纵向宽度尺寸与光子晶体100相同。第一棱镜103和第二棱镜104之间的内侧距离为5mm。

图8表示是本发明实施例中的二维聚苯乙烯光子晶体光开关应用的装置示意图。其中激光器泵源4为半导体激光器，型号Millennia X，美国Spectra-Physics公司制造，波长532nm，泵源泵浦钛宝石激光器(型号TFS-1，中国科学院物理研究所制造，重复频率76MHz，脉冲宽度25fs)发出的准连续激光被斩波器6斩波后，被半透半反射镜7分成两束，一束作为泵浦光300，一束作为探测光。探测光和泵浦光都是TE偏振模式，其电场矢量平行于聚苯乙烯薄膜上表面。泵浦光由反射镜8反射后，由反射镜9和10构成的延迟线进行时间延迟，延迟后的泵浦光经反射镜11反射后，垂直与光子晶体100的上表面射入光子晶体。光子晶体100横向两端分别与300nm厚的第一和第二聚苯乙烯薄膜波导相连接，聚苯乙烯薄膜波导的长度大于1.5cm，纵向尺寸与光子晶体相同。探测光经反射镜12反射后进入折射率为1.7的第一棱镜13，调整探测光的入射角度，使探测光的能量耦合到第一聚苯乙烯薄膜波导中，在第一聚苯乙烯薄膜波导中传输的探测光沿垂直于光子晶体100端面的方向进入光子晶体，如图7中的箭头所示。通过光子晶体100的探测光进入第二聚苯乙烯薄膜波导，并经由第二棱镜14耦合出来，由光谱仪15进行探测，由光谱仪15输出的信号被光电倍增管16放大后进入锁相放大器17的信号输入端，斩波器6的输出信号进入锁相放大器17的参考输入端，最后由计算机18采集和处理锁相放大器17的输出信号。本发明中，棱镜的折射率必须大于聚苯乙烯的折射率，本实施例中棱镜的折射率是1.7，大于聚苯乙烯的折射率1.59。

本实施例中，探测激光的强度为5KW/cm²，探测光正向穿过二维聚苯乙烯薄膜光子晶体100，泵浦激光强度为13GW/cm²，如图7所示。

调节钛宝石激光器的输出波长，测量光子晶体光子带隙在短波带边附近的透过谱，如图9所示，图中的黑方块是测量的数据点，由连线连在一起可以看出曲线的整个轮廓。806nm波长位于光子带隙的短波带边。

将钛宝石激光器的输出波长设定在806nm，调节泵浦光的时间延迟，测量探测光的透过率随时间延迟的变化情况，测量结果如图10所示。信号谱线以零时间延迟为中心呈对称分布，而且信号谱线的半宽度～21fs非常接近于泵浦激光的脉冲宽度25fs，这就表明，受测量系统的时间分辨能力25fs的限制，光开关的时间响应要远小于25fs。

如图10所示，图中的黑方块是测量的数据，由连线连在一起可以看出曲线的整个轮廓；图中的平滑曲线是数据经过平滑处理后的结果。由图10可以看出，当泵浦光脉冲在时间上远离探测光脉冲时，探测光的透过率较低，只有33％。而在零时间延迟处，泵浦光脉冲和探测光脉冲完全重合，探测光的透过率达到最大值，为78％。开关效率(探测光透过率对比)达到45％。

由此，本实施例实现时间响应为25fs、开光效率达到45％的高开关效率的飞秒光子晶体光开关。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种光子晶体，以石英为基片；其特征在于：在石英基片上制备一层聚苯乙烯薄膜，在聚苯乙烯薄膜上刻蚀出周期性的以正方晶格排列的孔。

2、根据权利要求1所述光子晶体，其特征在于，所述周期性的正方晶格孔的晶格常数为200nm-900nm，所述孔的直径小于3/4晶格常数。

3、根据权利要求1或2所述光子晶体，其特征在于，所述聚苯乙烯薄膜厚度为250nm-350nm，所述孔的深度300nm-500nm，所述孔的深度大于聚苯乙烯薄膜的厚度。

4、一种制备聚苯乙烯光子晶体的方法，包括以下步骤：

1)在石英基片上制备聚苯乙烯薄膜；

2)在聚苯乙烯薄膜上刻蚀出周期性的以正方晶格排列的孔。

5、根据权利要求4所述制备聚苯乙烯光子晶体的方法，其特征在于，步骤2)中整个刻蚀区域的尺寸大于1.5微米×50微米。

6、一种权利要求1所述聚苯乙烯光子晶体用于光开关的用途，包括当没有泵浦激光作用时，探测激光被所述光子晶体全反射回来而不能通过光子晶体，关开关处于“关”状态；当泵浦激光作用于光子晶体时，探测激光能够通过光子晶体，光开关处于“开”状态。

7、一种光开关，其特征在于，包括：

一聚苯乙烯光子晶体，泵浦光垂直于该聚苯乙烯光子晶体入射；

所述光子晶体的横向两端分别与第一聚苯乙烯薄膜波导和第二聚苯乙烯薄膜波导相连接；

第一棱镜位于所述第一聚苯乙烯薄膜波导的上方，用于将探测光耦合进该第一聚苯乙烯薄膜波导；

第二棱镜位于所述第二聚苯乙烯薄膜波导的上方，用于将探测光耦合出该第二聚苯乙烯薄膜波导。

8、根据权利要求7所述关开关，其特征在于，所述第一和第二棱镜的折射率大于所述聚苯乙烯波导的折射率。

9、根据权利要求7所述关开关，其特征在于，所述二维聚苯乙烯光子晶体的晶格常数为200nm-900nm，所述二维聚苯乙烯光子晶体的孔的最大内径小于3/4晶格常数，所述空气孔的深度大于聚苯乙烯薄膜的厚度。

10、根据权利要求7、8或9所述关开关，其特征在于，所述二维聚苯乙烯光子晶体整个刻蚀区域的长度大于1.5微米，宽度大于50微米，所述第一和第二棱镜的内侧距离是为2mm-5mm。

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