專利名稱：基于光子晶體的近紫外至近紅外光波段全角度反射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種光子晶體反射器，特別是涉及ー種可以在近紫外至近紅外光波段全角度反射的光子晶體反射器。
背景技術(shù)：
光子晶體作為ー種新型的人造光電功能材料，因其良好的光學(xué)性質(zhì)而備受關(guān)注。光子晶體是一種介電材料在空間中呈周期分布形成的人工晶體，其重要特點(diǎn)是可以形成光子禁帶，落在禁帶頻率范圍內(nèi)的光波在晶體中將不能傳播，利用這ー特性可利用光子晶體制作反射器。光子晶體所用材料多為低吸收系數(shù)的介電材料，因此反射率較高，可達(dá)99%以上。而ー維光子晶體較ニ維和三維光子晶體結(jié)構(gòu)簡單、更易于制備。R. Jomtarak 等(Geometrically Distributed ID photonic Crystals for Light-reflection in All Angles, Procedia Engineering. 2012, Vol:32, 455-460)提到使用多層晶體級聯(lián)的方法獲得全角度反射器，但所獲得的禁帶范圍較窄。A. Mouldi 等(Design of an omnidirectional mirror using one dimensionalphotonic crystal with graded geometric layers thicknesses, Optik. 2012,Vol :123, 125-131)提到使用材料厚度漸變的方法獲得較寬禁帶，但所得到的禁帶寬度仍未覆蓋紫外至近紅外光波段，不能用于紫外至近紅外光波段的全角度反射器。韓培德等(Omni-directionalmirror for visible light basea onone-dimensional photonic crystal, Chinese Optics Letters. 2011， Vol:9,071603-071603)提出使用4種晶體相疊加，可以獲得可見光波段全角度反射器，但禁帶仍不能覆蓋近紫外至近紅外光波段，且這種方法所需晶體周期數(shù)較多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。201210139917. O專利申請?zhí)峁┝艘环N基于光子晶體的全可見光波段全角度反射器，該反射器使用氟化鋰、鍺構(gòu)造復(fù)合結(jié)構(gòu)的ー維光子晶體[A/B]m[C/D]n，但其工作范圍僅覆蓋全可見光波段，未能在全角度范圍內(nèi)覆蓋近紫外波段至近紅外光波段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于光子晶體的近紫外至近紅外光波段全角度反射器，該反射器當(dāng)光線以0°至85°角入射時(shí)，始終可實(shí)現(xiàn)近紫外至近紅外光波段的高反射。本發(fā)明采用頻域疊加原理，即將具有不同頻段禁帶范圍的光子晶體相疊加，以形成超寬禁帯，實(shí)現(xiàn)近紫外至近紅外光波段全角度反射器。本發(fā)明基于光子晶體的近紫外至近紅外光波段全角度反射器由兩種光子晶體疊加構(gòu)成，每種光子晶體均由兩種不同的介電材料按照相同的周期交替排列而成，反射器的結(jié)構(gòu)為[A/B]m[C/D]n，其中
所述的第一光子晶體中，材料A的介電常數(shù)I. 96，材料B的介電常數(shù)16，光子晶體的晶格常數(shù)i/=160nm，單個(gè)周期內(nèi)A的寬度J1=O. l&d, B的寬度i/2=0. 2Ad ；
所述的第二光子晶體中，材料C的介電常數(shù)I. 96，材料D的介電常數(shù)16，光子晶體的晶格常數(shù)i/=160nm，單個(gè)周期內(nèi)C的寬度i/3=0. hd, D的寬度 /4=0. 5 /。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，當(dāng)選擇的周期數(shù)m=n=9時(shí)，可在近紫外至近紅外光波段實(shí)現(xiàn)較好的反射特性，反射率達(dá)到99%以上。本發(fā)明中，用于構(gòu)造反射器的介電材料A和C選擇氟化鋰，B和D選擇鍺。但是，用于構(gòu)建本發(fā)明反射器的介電材料并不局限于氟化鋰和鍺，凡是介電常數(shù)與其相等或接近的其他各類材料，均可以用于構(gòu)建本發(fā)明反射器。本發(fā)明基于光子晶體的近紫外至近紅外光波段全角度反射器的制備可以采用常規(guī)磁控濺射鍍膜的方法，在光學(xué)基板上依次鍍周期數(shù)為m的[A/B]mg體和周期數(shù)為η的[C/D]n晶體。本發(fā)明基于光子晶體的近紫外至近紅外光波段全角度反射器結(jié)構(gòu)簡單，易于制備，可以實(shí)現(xiàn)近紫外至近紅外光波段的全角度反射，且反射率可以達(dá)到99%以上。


圖I為本發(fā)明基于光子晶體的近紫外至近紅外光波段全角度反射器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，[A/BL*第一光子晶體的結(jié)構(gòu)，A、B為兩種不同的介電材料，厚度分別為d2 ； [C/D]n為第二光子晶體的結(jié)構(gòu)，C、D為兩種不同的介電材料，厚度分別為‘式。圖2為第一光子晶體[A/BL的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為第一光子晶體[A/B]m的能帶特性圖。其禁帶歸一化頻率范圍為O. 1682 O. 3255，禁帶波長范圍為491nm 951nm (青綠色光至近紅外波段)。圖4為當(dāng)光線正入射，即入射角度為0°吋，晶體結(jié)構(gòu)[A/B]m 9的反射譜。反射率大于99%的禁帶范圍為494nm 953nm (青綠色光至近紅外波段)。圖5為第二光子晶體[C/D]n的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為第二光子晶體[C/D]n的能帶特性圖。其禁帶歸一化頻率范圍為O. 3138
O.4286和O. 1342 O. 2209，對應(yīng)禁帶波長范圍為373nm 509nm (近紫外至綠色光波段)和724nm 1192nm (紅色光至近紅外波段)。圖7為當(dāng)光線正入射，即入射角度為0°吋，晶體結(jié)構(gòu)[C/D]9的反射譜。反射率大于99. 9%的禁帶波長范圍為376nm 5IOnm (近紫外至綠色光波段)和734nm 1190nm (紅色光至近紅外波段)。圖8為當(dāng)入射角度為0°吋，晶體結(jié)構(gòu)為[A/B]9[C/D]9的反射譜。反射率大于99%的禁帶范圍為375nm 1189nm (近紫外至近紅外波段)。圖9為當(dāng)入射角度為15°吋，晶體結(jié)構(gòu)為[A/B]9[C/D]9的反射譜。反射率大于99%的禁帶范圍為374nm 1173nm (近紫外至近紅外波段)。圖10為當(dāng)入射角度為30°吋，晶體結(jié)構(gòu)為[A/B]9[C/D]9的反射譜。反射率大于99%的禁帶范圍為372nm 1128nm (近紫外至近紅外波段)。圖11為當(dāng)入射角度為45°吋，晶體結(jié)構(gòu)為[A/B]9[C/D]9的反射譜。反射率大于 99%的禁帶范圍為366nm 1063nm (近紫外至近紅外波段)。圖12為當(dāng)入射角度為60°吋，晶體結(jié)構(gòu)為[A/B]9[C/D]9的反射譜。反射率大于99%的禁帶范圍為362nm 989nm (近紫外至近紅外波段)。
圖13為當(dāng)入射角度為75°吋，晶體結(jié)構(gòu)為[A/B]9[C/D]9的反射譜。反射率大于99. 9%的禁帶范圍為359nm 920nm (近紫外至近紅外波段)。圖14為當(dāng)入射角度為85°吋，晶體結(jié)構(gòu)為[A/B]9[C/D]9的反射譜。反射率大于99%的禁帶范圍為356nm 893nm (近紫外至近紅光波段)。圖15為201210139917. O專利申請中禁帶隨光線入射角度的曲線，橫坐標(biāo)為光線入射角度，縱坐標(biāo)為光波波長，線〈1>為禁帶上限隨光線入射角度的變化趨勢，線〈4>為禁帶下限隨隨光線入射角度的變化趨勢，線〈2>和線〈3>之間部分為隨光線入射角度的増大而出現(xiàn)的一條導(dǎo)帶。圖16為本發(fā)明中禁帶隨光線入射角度的曲線，橫坐標(biāo)為光線入射角度，縱坐標(biāo)為光波波長，線〈1>為禁帶上限隨光線入射角度的變化趨勢，線〈2>為禁帶下限隨光線入射角度的變化趨勢。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例基于光子晶體的近紫外至近紅外光波段全角度反射器的結(jié)構(gòu)為[A/B]9[C/D]9，其第一光子晶體結(jié)構(gòu)為[A/B]9，擁有9個(gè)周期結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)i/=160nm，其中A是介電常數(shù)為I. 96的氟化鋰，厚度J1=O. 76 /;Β是介電常數(shù)為16的鍺，厚度式=O. 24 /;第二光子晶體結(jié)構(gòu)為[C/D]9，擁有9個(gè)周期結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)J=Ieonm,其中C是介電常數(shù)為I. 96的氟化鋰，厚度ゴ3=0. 5i/ ；D是介電常數(shù)為16的鍺，厚度式=O. 5 /。本實(shí)施例選擇石英片作為光學(xué)基片，采用型號為WD. 54-450的真空鍍膜機(jī)，在光學(xué)基片上依次交替沉積36層第1、3、5、7、9、11、13、15、17層為厚度121.60鹽的氟化鋰層，第 2、4、6、8、10、12、14、16、18 層為厚度 38. 40nm 的鍺層，第 19、21、23、25、27、29、31、33、35層為厚度80nm的氟化鋰層，第20、22、24、26、28、30、32、34、36層為厚度80nm的鍺層。這樣
在光學(xué)基片上從下至上依次生長所需厚度的氟化鋰、鍺共36層薄膜，從而制備出反射光頻率范圍為近紫外至近紅外光波段的全角度反射器。圖8至圖14顯示了本實(shí)施例反射器在不同入射角度時(shí)的反射譜，從圖8至圖14可以看出，在光線以0°至85°的入射角范圍內(nèi)，均可實(shí)現(xiàn)近紫外至近紅外光波段375nm 893nm的高反射率。可滿足近紫外至近紅外波段全角度反射器的功能。通過圖15和圖16的對比，可以看出本發(fā)明反射器的性能明顯優(yōu)于201210139917. O專利申請中反射器的功能。
權(quán)利要求
1.基于光子晶體的近紫外至近紅外光波段全角度反射器，由結(jié)構(gòu)為[A/B] ^P[C/D]J3兩種光子晶體疊加構(gòu)成，反射器的結(jié)構(gòu)為[A/B]m[C/D]n，其中， 所述的第一光子晶體[A/BL中，材料A的介電常數(shù)I. 96，材料B的介電常數(shù)16，光子晶體的晶格常數(shù)t/=160nm，單個(gè)周期內(nèi)A的寬度J1=O. l&d, B的寬度J2=O. 247，周期數(shù)m取9 ; 所述的第二光子晶體[C/D]n中，材料C的介電常數(shù)I. 96，材料D的介電常數(shù)16，光子晶體的晶格常數(shù)t/=160nm，單個(gè)周期內(nèi)C的寬度<=0. ^d, D的寬度J4=O. ^d,周期數(shù)n取9。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全角度反射器，其特征是構(gòu)造所述全角度反射器的介電材料A和C是氟化鋰，B和D是鍺。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全角度反射器，其特征是所述全角度反射器的工作波長范圍為 375nm 893nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由兩種光子晶體疊加構(gòu)成的近紫外至近紅外光波段全角度反射器，其結(jié)構(gòu)為[A/B]m[C/D]n，兩種光子晶體的晶格常數(shù)相同，均為d=160nm，其中A、C的介電常數(shù)為1.96，B、D的介電常數(shù)為16，A、B、C、D的厚度分別為d1=0.76d、d2=0.24d、d3=0.5d、d4=0.5d，m、n為兩種光子晶體的周期數(shù)，均取9。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)近紫外至近紅外光波段的全角度反射，且反射率高達(dá)99%以上。當(dāng)光線正入射時(shí)，禁帶范圍為375nm～1189nm，當(dāng)光線以0°至85°角入射時(shí)，禁帶范圍始終可覆蓋近紫外至近紅外波段(375nm～893nm)。
文檔編號G02B5/08GK102681056SQ20121018442
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者李祥霞, 楊毅彪, 田東康, 薛保平, 費(fèi)宏明, 韓昌盛, 馬瑞霞 申請人:太原理工大學(xué)