CN1450366A - 单频单角透射的全角高反一维光子晶体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单频单角透射的全角高反一维光子晶体。该晶体具有两个不同杂质层，在希望高透的锐角方向，它们的缺陷态具有相同的频率；而在其它方向，缺陷态的频率完全不同，即利用禁带将其透射完全消除。这种新颖的晶体结构和崭新的无空间噪声及输出方向和光频可控的性质，将有广泛的应用前景和将引发多种新型的光学器件的问世。
Description
技术领域
本发明涉及一种单频单角透射的全角高反一维光子晶体。
背景技术
光子晶体(PC)的研究已成为国际重要前沿研究，其中一维(1-D)光子晶体相对容易制作，能较早投入应用，所以它的进步受到广泛关注。但因为一维光子晶体不是完全带隙光子晶体，不能高效实现如光发射的增强与抑制，所以影响了它的应用。近年来一维光子晶体研究的一个重要热点是全角高反结构。全角高反结构是一维光子晶体被设计成外入射光的入射角从0到接近90度都能出现高反射。这种一维光子晶体在晶体内是非完全带隙的，但在晶体外是可等效为完全带隙的。在掺杂杂质时，杂质透射峰则不管是否全角高反都具有相同的特性，即其杂质透射峰在不同方向有不同的波长。
发明内容
本发明的目的是提供一种单频单角透射的全角高反一维光子晶体，该晶体可在垂直方向单角透射单波长的光，而其他角度方向均为宽带全角高反。
本发明单频单角透射的全角高反一维光子晶体的结构是一个膜系，膜系中各膜层排列如下：
f[(LH)sDL(HL)s]g[(HL)sDH(LH)s]
其中，f和g是结构调节参数，H为高折射率膜层，L为低折射率膜层，L和H的光学厚度为应用波段的中心波长的四分之一；S为高低折射率周期介质层的周期数，DL为低折射率杂质层，DH为高折射率杂质层；低折射率杂质层DL的材料通常与L层相同，特殊情况也可不同，DL的厚度根据应用的具体要求可改变。以α为改变参数，则DL＝αL。低折射率杂质层DH的材料通常与H层相同，特殊情况也可不同，DH的厚度根据应用的具体要求可改变。以β为改变参数，则DH＝βL。L、H、α、β、f和g六参数共同决定此结构的全角高反的谱带宽度、单角方向透射的角宽度，单频透射的线宽等重要指标。
其理论依据和参数选择依据如下：
对每一个含一个DL或DH的子PC，α和β不同，即DL和DH不同，其在全角高反宽带中的杂质锐透射峰将不同。在上述的两子PC的组合膜系中，我们可通过调节f和g使两子PC的杂质锐透射峰在垂直入射方向相同，但在非垂直入射方向不同。其中α和β的选择很重要，α或β从1变到0或从1变到2，该子PC的杂质透射峰将变锐。为得到锐透射峰，α和β只少有一者稍小于2或接近0。此外α和β的选值根据全角高反带的带宽和对称性要求的不同有不同的选择。
高折射率膜层H的材料不但光折射率高而且膜层在应用波段必须全透明，如在红外可用Ge、Si、InP、GaAs等，可见区用TiO2，ZnS等；同样，低折射率膜层L的材料不但光折射率低而且膜层在应用波段必须全透明，如SiO2等等。
制作方法有多种，例如用高性能的镀膜机镀膜，用镀膜机镀膜的主要工艺是杂质层厚度的准确控制，现在高性能的镀膜机可以做到；也可用分子束外延或有机金属化学汽相淀积法生长，此法可制得各层厚准确的理想结构。
单频单角透射的全角高反一维光子晶体的全角高反的谱带宽度可覆盖很宽的波段，也可根据使用要求进行按需设计。单角方向透射的角宽度和单频透射的线宽也可根据不同的使用要求进行按需设计，可以设计较宽带，也可设计较锐的谱带。
附图说明
图1为双掺杂全角高反一维光子晶体的透射与频谱和角度的关系图。
图1中，在锐角方向和锐频谱线宽的透射率理论上达100％。
具体实施方式
实施例
单频单角透射的全角高反一维光子晶体中各膜层排列如下：f[(LH)sDL(HL)s]g[(HL)sDH(LH)s]材料选取：H和DH用硅(nH＝3.4)，L和DL用二氧化硅(nL＝1.45)。其中结构参数为：s＝7，f＝1.1257368，g＝0.93781965，α＝1.6，and β＝0.1。
全角高反的谱带宽度覆盖了从0.87ω0到1.2ω0很宽的频带，单角方向透射的角宽度和单频透射的线宽见图1所示，此锐角方向和锐频谱线宽的透射率理论上达100％应用例子1：通信应用
空间光滤。光滤是一种常用的重要器件，它只让想要它通过的光通过，不想要它通过的光则被吸收或反射。光滤在光通信和各种光学仪器用是不可缺少的。目前波长光滤发展得较成熟，种类很多，有吸收材料制成，也有薄膜滤光片。空间光滤相当不成熟。空间光滤是能使一个很锐角方向的光通过，其他所有方向的光不得进入。过去人们为解决这问题通常用一根很长的黑管档住其他方向的光，后来发展了双共焦透镜加小孔，但两者都又苯拙又效果差。此结构就是很理想的空间光滤。在自由空间光通信或无线大气光通性中，用上此结构的空间光滤(此结构同时担负空间光滤和频率光滤两种作用)，不但效果好而且微型化，可使灵敏度和传输距离提高几个数量级。应用例子2：军事应用
此结构将是军事上用于抗致盲和抗误导非常有效的方法。
致盲有两种，一是用强激光对士兵眼睛进行致盲，二是对军用设施和武器的探测器进行致盲，随着科学的发展，武器的探测器的抗致盲越来越重要。误导是指发干扰信号使制导失效。本结构在这后两种情况中应用是非常理想的。
军用设备要求轻便，如装在导弹上越轻越好。本结构是一个膜系重量于毫克计。现军用设备的探测器已很容易被伺服对准制导信号源，但未有轻巧的设施消除制导信号源外的所有外来干涉，本结构能非常高效地完成此使命，只让制导信号源的信号进入，不让其他任何频率和其他任何方向来的任何干扰进入。
Claims (2)
1、一种单频单角透射的全角高反一维光子晶体，其特征是该晶体的结构是一个膜系，膜系中各膜层排列如下：
f[(LH)sDL(HL)s]g[(HL)sDH(LH)s]其中，f、g是结构调节参数H为高折射率膜层，L为低折射率膜层，L和H的光学厚度为应用波段的中心波长的四分之一；S为高低折射率周期介质层的周期数，DL为低折射率杂质层，DH为低折射率杂质层。
2、一种如权利要求1所说的单频单角透射的全角高反一维光子晶体，其特征是膜系中的H和DH用nH＝3.4的硅，L和DL用nL＝1.45的二氧化硅；结构参数为：s＝7，f＝1.1257368，g＝0.93781965，α＝1.6，and β＝0.1。
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2003
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