CN1987556A - 动态光子晶体产生方法 - Google Patents
动态光子晶体产生方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1987556A CN1987556A CN 200610165075 CN200610165075A CN1987556A CN 1987556 A CN1987556 A CN 1987556A CN 200610165075 CN200610165075 CN 200610165075 CN 200610165075 A CN200610165075 A CN 200610165075A CN 1987556 A CN1987556 A CN 1987556A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- acousto
- crystal
- photon
- band gap
- dynamic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
动态光子晶体产生方法，以高频驱动电源结合压电换能器产生超声波耦合到声光晶体中，当声光晶体中有超声波传过时，材料的折射率受应变的调制而呈周期性变化，声光晶体具有光子带隙，且光子带隙随超声波的调制而改变，成为动态光子晶体。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态光子晶体产生方法，属于光子晶体领域技术。
背景技术
光子晶体是一种具有周期性调制介电函数且具有光子能带和带隙结构的一类人工材料，这一概念是在1987年由美国贝尔通讯研究中心的Yablonovitch和普林斯顿大学物理系的John分别独立提出的。光子晶体是由不同介电常数的材料交替排列构成的周期结构，当电磁波在其中传播时，光波色散曲线成带状结构，带与带之间出现类似于半导体禁带的“光子禁带”，频率落在禁带中的电磁波被严格禁止传播，从而由光带隙结构控制着光在光子晶体中的运动，从而光子晶体也被称为“光的半导体”。自光子晶体概念提出以来，理论方面主要以计算和测试静态光子晶体的光学性质为主；器件方面主要以研究光子晶体偏振器、光波导、光子晶体激光器、光子晶体光纤等被动光学器件为主。随着研究工作的深入，人们发现对于特殊结构或材料的周期结构，在外在作用的调制下，形成光子带隙且可调，或静态光子晶体的光子带隙动态可调，具有上述特征的光子晶体称为动态光子晶体。近年来动态光子晶体已成为光子晶体研究领域新的研究热点。
目前，动态光子晶体主要研究在光、电场、温度、化学和生物环境的变化、压力等外在调制作用下，静态光子晶体的光子带隙、缺陷能量水平、光折射等关键光学性质的变化。
根据文献检索，美国Stanford大学研究了一种具有缺陷的四方晶格介质柱型耦合阵列式光子晶体结构，在入射脉冲光作用下实现对静态光子晶体折射率等光学性质的调制(Mehmet F.Yanik，Shanhui Fan，STUDIES IN APPLIEDMATHEMATICS，115：233-253，2005)。日本Osaka大学研究了将液晶材料填充于蛋白石结构光子晶体中，在温度的调制作用下，光子晶体禁带位置发生偏移，形成一种动态光子晶体(Katsumi Yoshino，Yuki Shimoda，et al，Temperaturetuning ofthe stop band in transmission spectra of liquid-crystals infiltratedsynthetic opals as tunable photonic crystal，Appl Phys Lett，75(7)，1999)。美国Colorado大学研究了采用真空毛细管作用将单轴向列液晶MerckPCH5填充于蛋白石结构光子晶体中，研究发现当液晶分子的长分子轴向平行于球表面时，在外界电场作用下，光子晶体的布拉格反射光谱发生偏移(DaeseungKang，Joseph E.Maclennan，et al.Electro-optic Behavior of Liquid-Crystal-Filled Silica Opal Photonic Crystals：Effect of Liquid-Crystal Alignment，PhysRev Lett，86(18)，2001)。加拿大和德国的研究人员发现将液晶E7填充于呈三角排布的二维光子晶体空气孔中，当外界温度升高时，液晶材料E7由向列分布变为各向同性，则H偏振的光子禁带偏移70nm(S.W.Leonard，J.P.Mondia，et al.Tunable two-dimensional photonic crystals using liquid-crystal infiltra-tion，Phys Rev B，61(4)，2000)。德国研究人员采用表面声波的弹光效应调制一维静态光子晶体的结构尺寸和折射率，利用新的散射过程提高表面声波调制器的效率(Paulo V.Santos，Collinear light mod-ulation by surface acousticwaves in laterally structured semiconductors，J Appl Phys，89(9)，2001)。
上述文献主要研究了在外界脉冲光、表面声波和温度的调制作用下，静态光子晶体的折射率、光子带隙等光学性质发生变化，并未涉及在超声波(体声波)的调制作用下，声光晶体材料的折射率受应变的调制而呈周期性分布，致使声光晶体成为具有光子带隙且可调的动态光子晶体；同时，上述文献所涉及的动态光子晶体产生方法都是基于光子晶体结构，而光子晶体结构的制作本身就是光子晶体研究领域的难点所在，而将液晶材料填充于光子晶体的空气间隙中，实验难度也很大。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术实验制作难度大的问题，提供一种动态光子晶体产生方法，它采用超声波调制声光晶体产生动态光子晶体并不涉及光子晶体结构的制作，并有多种声光晶体可应用于本发明，同时通过调制高频驱动电源的输出电功率、工作频率而改变光子带隙，大大降低了实验难度且灵活易行。
本发明的技术方案：动态光子晶体产生方法，其特点在于：以高频驱动电源结合压电换能器产生超声波耦合到声光晶体中，当声光晶体中有超声波传过时，材料的折射率受应变的调制而呈周期性变化，声光晶体具有光子带隙，并且光子带隙与声光晶体的声光优值和超声波功率成正比，与压电换能器面积成反比，即当压电换能器面积一定时，声光晶体的声光优值和超声波功率越大，光子带隙频率范围越宽；同时，光子带隙随超声波的调制而改变，即对于同一声光晶体，当压电换能器面积一定时，光子带隙频率范围随超声波功率的调制而改变，当超声波功率增大时，光子带隙频率范围增加，成为动态光子晶体。
所述的超声波的产生采用高频驱动电源，载波信号为正弦波，输出电功率0～15W可调，工作频率160～200MHz可调，电源输入电压为220V。
所述的声光晶体种类为固体声光晶体材料，如熔石英、钼酸铅、氧化碲、碲玻璃、重火石玻璃。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)以超声波调制声光晶体产生光子带隙，并不涉及光子晶体结构的制作，并有多种声光晶体可供选择，大大降低了实验难度；
(2)通过高频驱动电源的输出电功率、工作频率的调制而改变光子带隙，实验上灵活易行。
附图说明
图1为本发明的超声波产生的结构示意图；
图2为本发明的压电换能器结构示意图；
图3为本发明的动态光子晶体的光子带隙图；
图4为本发明的超声波调制声光晶体材料实验示意图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
图1所示为超声波产生实验示意图。图中电源采用高频驱动源，载波信号为正弦波，输出电功率0～15W可调，工作频率160～200MHz可调，电源输入电压为220V。图中压电换能器采用铌酸锂晶体。图中声光晶体材料可选择氧化碲、钼酸铅、熔石英等。以高频驱动电源、压电换能器结合声光晶体产生超声波。
本发明的超声波产生通过以下步骤完成：
(1)声光晶体抛光和定向；
(2)压电换能器抛光；
(3)压电换能器和声光晶体进行粘结；
(4)对粘结好的压电换能器进行减薄；
(5)镀电极于压电换能器上；
(6)通过电极连接压电换能器与高频驱动电源；
(7)高频驱动电源结合压电换能器产生超声波，再耦合到声光晶体中进行调制，材料的折射率因调制而作周期性变化。
图2所示为压电换能器的结构示意图。图中斜线区表示换能器，L表示换能器的长度，H表示换能器的宽度。斜线区域以外表示声光晶体，W表示声光晶体的宽度。
图3所示为动态光子晶体的光子带隙。图中横坐标为波矢，纵坐标为频率。图中的n＝1，n＝2，n＝3，n＝4，n＝5分别表示光子晶体的不同光子能带。例如n＝1表示光子晶体的第一能带。图中不同能带之间未交叠区域表示存在光子带隙，其对应的纵坐标为光子禁带频率范围。形成动态光子晶体的声光晶体可选择氧化碲、钼酸铅、熔石英等。
实施例1是利用本发明制作氧化碲光子晶体。选用的氧化碲晶体折射率n0＝2.26，声光优值M2＝1200×10-15s3/kg，声光晶体的光子带隙与声光晶体的声光优值成正比，所以实验中选用声光优值较大的晶体，以利于增大光子带隙宽度。首先氧化碲晶体经抛光和定向，并与抛光后的压电换能器进行粘结，然后对粘结好的压电换能器采用机械研磨的方式减薄。镀电极于压电换能器上，电极的面积为0.25mm2，声光晶体的光子带隙与压电换能器面积成反比，实验中尽量减小压电换能器面积，以增大光子带隙宽度。通过电极连接压电换能器与高频驱动电源，调节高频驱动电源的电功率，当电功率为Pa＝3.0W，实验中发现氧化碲晶体所能承受的电功率为3.0W，声致折射率的改变为Δn＝8.49×10-2。采用连续入射光谱相对超声波的传播方向耦合入氧化碲晶体，通过测试反射光确定氧化碲晶体的光子带隙。
实施例2是利用本发明制作钼酸铅光子晶体。选用的钼酸铅晶体折射率n0＝2.26，声光优值M2＝36.3×10-15s3/kg，声光晶体的光子带隙与声光晶体的声光优值成正比，所以实验中选用声光优值较大的晶体，以利于增大光子带隙宽度。首先钼酸铅晶体经抛光和定向，并与抛光后的压电换能器进行粘结，然后对粘结好的压电换能器采用机械研磨的方式减薄。镀电极于压电换能器上，电极的面积为0.5mm2，声光晶体的光子带隙与压电换能器面积成反比，实验中尽量减小压电换能器面积，以增大光子带隙宽度。通过电极连接压电换能器与高频驱动电源，调节高频驱动电源的电功率，当电功率为Pa＝3.0W，实验中发现钼酸铅晶体所能承受的电功率为3.0W，声致折射率的改变为Δn＝1.04×10-2。采用连续入射光谱相对超声波的传播方向耦合入钼酸铅晶体，通过测试反射光确定钼酸铅晶体的光子带隙。
图4所示为超声波调制声光晶体材料实验示意图。图中入射光波和超声波以相对方向耦合入声光晶体。可选择的声光晶体可以是氧化碲、钼酸铅、熔石英等。
实施例3是超声波对氧化碲晶体的调制。选用的氧化碲晶体折射率n0＝2.26，声光优值M2＝1200×10-15s3/kg。首先氧化碲晶体经抛光和定向，并与抛光后的压电换能器进行粘结，然后对粘结好的压电换能器采用机械研磨的方式减薄，镀电极于压电换能器上，通过电极连接压电换能器与高频驱动电源。当入射光波长λ0＝0.633μm时，选用的入射光波长尽量位于可见光范围，以利于实验操作。调节高频驱动电源的电功率和频率，当声光优值M2＝1200×10-15s3/kg时，氧化碲晶体中超声波速度为V＝616m/s，当超声波功率Pa＝3.0W时，计算得到超声波频率f＝180MHz。实施例4是超声波对钼酸铅晶体的调制。选用的钼酸铅晶体折射率n0＝2.26，声光优值M2＝36.3×10-15s3/kg。首先钼酸铅晶体经抛光和定向，并与抛光后的压电换能器进行粘结，然后对粘结好的压电换能器采用机械研磨的方式减薄。镀电极于压电换能器上，通过电极连接压电换能器与高频驱动电源。当入射光波长λ0＝0.633μm时，选用的入射光波长尽量位于可见光范围，以利于实验操作。调节高频驱动电源的电功率和频率，当声光优值M2＝36.3×10-15s3/kg时，钼酸铅晶体中超声波速度V＝3632m/s，当超声波功率Pa＝3.0W时，计算得到超声波频率f＝180MHz。
Claims (4)
1、动态光子晶体产生方法，其特征在于：以高频驱动电源结合压电换能器产生超声波耦合到声光晶体中，当声光晶体中有超声波传过时，材料的折射率受应变的调制而呈周期性变化，声光晶体具有光子带隙，且光子带隙随超声波的调制而改变，成为动态光子晶体。
2、根据权利要求1所述的动态光子晶体产生方法，其特征在于：所述的超声波的产生采用高频驱动电源，载波信号为正弦波，输出电功率0～15W可调，工作频率160～200MHz可调，电源输入电压为220V。
3、根据权利要求1所述的动态光子晶体产生方法，其特征在于：所述的声光晶体种类为固体声光晶体材料。
4、根据权利要求3所述的动态光子晶体产生方法，其特征在于：所述的固体声光晶体材料为熔石英、或钼酸铅、或氧化碲、或碲玻璃、或重火石玻璃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610165075 CN1987556A (zh) | 2006-12-13 | 2006-12-13 | 动态光子晶体产生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610165075 CN1987556A (zh) | 2006-12-13 | 2006-12-13 | 动态光子晶体产生方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1987556A true CN1987556A (zh) | 2007-06-27 |
Family
ID=38184420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200610165075 Pending CN1987556A (zh) | 2006-12-13 | 2006-12-13 | 动态光子晶体产生方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1987556A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104568210A (zh) * | 2015-01-19 | 2015-04-29 | 北京邮电大学 | 一种基于四方晶格介质柱型光子晶体的温度传感器阵列结构 |
| CN104762664A (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-08 | 电子科技大学 | 一种利用声波形成光子晶体的方法 |
| CN110016720A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-16 | 杭州电子科技大学 | 一种内部缺陷规则排列的三维光子晶体的制备方法 |
| CN114324568A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-12 | 浙江大学 | 鸟嘌呤肽核酸自组装纳米球基光子晶体的声场辅助制备方法 |
-
2006
- 2006-12-13 CN CN 200610165075 patent/CN1987556A/zh active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104568210A (zh) * | 2015-01-19 | 2015-04-29 | 北京邮电大学 | 一种基于四方晶格介质柱型光子晶体的温度传感器阵列结构 |
| CN104568210B (zh) * | 2015-01-19 | 2018-04-24 | 北京邮电大学 | 一种基于四方晶格介质柱型光子晶体的温度传感器阵列结构 |
| CN104762664A (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-08 | 电子科技大学 | 一种利用声波形成光子晶体的方法 |
| CN110016720A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-16 | 杭州电子科技大学 | 一种内部缺陷规则排列的三维光子晶体的制备方法 |
| CN110016720B (zh) * | 2019-05-17 | 2020-06-12 | 杭州电子科技大学 | 一种内部缺陷规则排列的三维光子晶体的制备方法 |
| CN114324568A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-12 | 浙江大学 | 鸟嘌呤肽核酸自组装纳米球基光子晶体的声场辅助制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1048094C (zh) | 光学器件 | |
| Gan et al. | 2D materials-enabled optical modulators: From visible to terahertz spectral range | |
| US8879138B2 (en) | Surface plasmon polariton modulator | |
| Won et al. | All-optical modulation of laser light in amorphous silicon-filled microstructured optical fibers | |
| CN103430084A (zh) | 光调制元件 | |
| CN101031842A (zh) | 光功能器件 | |
| Ghosh et al. | Laterally vibrating resonator based elasto-optic modulation in aluminum nitride | |
| Taniguchi et al. | Control of liquid crystal molecular orientation using ultrasound vibration | |
| Yang et al. | Radio frequency regenerative oscillations in monolithic high-Q/V heterostructured photonic crystal cavities | |
| CN1987556A (zh) | 动态光子晶体产生方法 | |
| CN109638630B (zh) | 一种片上集成的光学微腔表面波光力振荡装置 | |
| Yang et al. | Optically tuned resonant optical reflectance filter | |
| CN108388061A (zh) | 基于石墨烯光波导的全光调制器及其调制方法 | |
| CN1996100A (zh) | 温度调控一维光子晶体产生动态光子晶体的方法 | |
| Shi et al. | Single-nanowire thermo-optic modulator based on a Varshni shift | |
| TW588162B (en) | Fiber-optic tunable filters and intensity modulators | |
| US7920769B2 (en) | Optical element, integrated optic device and optical information transmission system | |
| JP2005091925A (ja) | 光制御素子 | |
| Shah | Fast acousto‐optical waveguide modulators | |
| CN104849932A (zh) | 一种实现边带激光和随机激光转换的装置及方法 | |
| CN105319741B (zh) | 808nm波段自由空间声光偏振控制系统 | |
| US10866437B2 (en) | Use of class of quaternary molybdenum/tungsten tellurate crystals, and device | |
| CN106486884B (zh) | 一种功率稳定型调频激光器 | |
| Ansari et al. | Acousto-optic modulation in a Si-waveguide | |
| RU92208U1 (ru) | Оптический элемент модулятора |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070627 |