专利名称：一维过剩光载流子光子晶体的制作方法
技术领域：
本发明涉及光信息技术领域，尤其涉及一种基于一维过剩光载流子的光子晶体。
背景技术：
光子晶体是近30年来逐渐发展起来的一类新型功能材料。早在1987年由美国 Bell实验室的E. Yablonovitch和Princeton大学的S. John分别独立提出了光子晶体的概念。如果将具有不同折射系数的介质在空间按一定的周期排列，当空间周期与光波长相当时，由于周期性所带来的布拉格散射，它能够在一定频率范围内产生“光子禁带” (photonic band gap，PBG)。如果光子的能量落在光子禁带频率范围内，则不能在介质中传播。这种具有光子禁带的周期性电介质结构即为光子晶体。由于与传统的光和电磁材料相比有着截然不同的功能特点和优势，光子晶体在通信、探测、微机电、环保以及生物医学等领域有着广阔的应用前景，光子晶体材料已经成为当今物理学、光电子学、电磁场理论、微机电、材料科学、生物医学等领域共同关注的研究热
点ο由于光波波长的介观微纳米尺度，光波光子晶体周期结构的空间周期长度与光波波长相当，导致光波光子晶体的加工制备面临着挑战。目前制备光子晶体的方法有多层沉积/刻蚀方法、离子刻蚀技术等，制备工艺复杂。例如中国专利“CN200810018360. 9”利用微接触式纳米压印工艺使单分散胶体颗粒在液态高分子聚合物基体材料上制作面心立方结构的全禁带三维光子晶体和中国专利“CN02137805. 3”利用电沉积技术制备可调电子和光子带隙的三维半导体量子点光子晶体等。为了实现相应的光子晶体结构，从而使得制备方法都较为复杂。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种光子晶体禁带位置可调且结构易于实现的一维过剩光载流子光子晶体。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案从左至右包括激发光光源、干涉光路、半导体硅片；
其中，所述激发光光源的激发光经过干涉光路后形成了激发光等距直线列干涉条纹照射至半导体硅片上，在半导体硅片上形成若干条并列的周期性的折射率凹槽； 所述激发光光源的光子能量大于半导体的禁带宽度。进一步地，所述激发光光源为半导体激光器、气体激光器或固体激光器。进一步地，所述干涉光路为迈克耳逊干涉仪或马赫-曾德尔干涉仪。进一步地，所述直线列干涉条纹为等距直线列干涉条纹。进一步地，所述半导体硅片为重掺杂硅片。本发明的原理激发光通过干涉光路后形成干涉条纹，干涉条纹入射到半导体硅片表面激发出电子空穴对即过剩光载流子，由于这种光注入引起了材料折射率的变化，半导体硅片在干涉条纹激发光的照射下，形成了与干涉条纹明暗相对应的折射率周期性变化，即形成了光子晶体，光子晶体的晶格长度为两个相邻明条纹或暗条纹的间隔。当传输工作光(光子能量小于材料禁带宽度，但正好落在光子晶体禁带内)沿着周期方向传播时，将发生全发射。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果(1)晶格长度可调，禁带位置可调； 通过对入射光的光强、光子能量以及入射角度等调节可以有效控制过剩光载流子的浓度分布，从而实现对半导体硅片折射率的周期性参数的改变，进而调节过剩光载流子光子晶体禁带位置。(2)光子晶体易实现并且可控。这种光子晶体禁带可通过改变干涉条纹两个相邻明条纹或暗条纹的间隔或者激发光光源的能量来进行调整。它既可以用于普通光子晶体所应用的领域，也可以用于光子晶体光开关，光调制器以及光网络等系统中。
图1为本发明实施例的结构示意图2为光注入后半导体硅片内载流子浓度达到平衡时浓度分布示意图； 图3为激发光通过干涉光路后形成的等距直线列条纹示意图； 图4为激发光干涉条纹注入半导体硅片后，半导体硅片截面的光学特征示意图； 图5为激发光干涉条纹注入半导体硅片后，硅片截面形成光子晶体特征示意图。其中，1、激发光光源，2、干涉光路，3、半导体硅片，4、直线列干涉条纹，5、折射率凹槽。
具体实施例方式下面将结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的描述。参见图1，一种一维过剩光载流子光子晶体，从左至右包括激发光光源1，干涉光路2，半导体硅片3，直线列干涉条纹4，折射率凹槽5，激发光光源1发出的激发光通过干涉光路2后形成激发光直线列干涉条纹4 (如图3所示)再照射至半导体硅片3上，在半导体硅片3上形成一道道周期性的折射率凹槽5，作为优选，所述半导体硅片3选择重掺杂硅片， 所述干涉光路2为迈克耳逊干涉仪或马赫-曾德尔干涉仪中的一种。一维过剩光载流子光子晶体形成机理如下激发光通过干涉光路2后形成的干涉条纹是等距直线列干涉条纹4，等距直线列干涉条纹4的激发光入射至半导体硅片3后，注入了载流子，载流子浓度达到平衡分布时如图2所示。在注入载流子后，半导体硅片3折射率减小，根据光程的概念，从该截面上看，在激发光正入射时，入射中心点的光程最小，越远离入射中心点光程越大。故点状光注入时， 此时的半导体硅片3相当于凹透镜。激发光在通过干涉光路2形成的等距直线列干涉条纹 4注入半导体硅片3表面相当于等距直线列分布的一道道折射率凹槽5，形成周期性折射率起伏；激发光等距直线列干涉条纹4注入半导体硅片3截面后的光学特征如图4所示。如图5所示为一维周期性折射率涨落形成光子晶体结构，当传输工作光(光子能量小于材料禁带宽度，且正好落在一维过剩光载流子光子晶体禁带内)沿着周期方向传播时，将发生全发射；当关闭激发光时，半导体硅片3中过剩光载流子消失，工作光传输不受影响。这一性质可以使其应用于光开关、光调制器、光网络等系统中。
权利要求
1.一种一维过剩光载流子光子晶体，其特征在于从左至右包括激发光光源(1)、干涉光路(2)、半导体硅片(3)；其中，所述激发光光源(1)的激发光经过干涉光路(2)后形成了激发光直线列干涉条纹照射至半导体硅片(3)上，在半导体硅片(3)上形成若干条并列的周期性的折射率凹槽 (5)；所述激发光光源(1)的光子能量大于半导体的禁带宽度。
2.根据权利要求1所述的一维过剩光载流子光子晶体，其特征在于所述激发光光源 (1)为半导体激光器、气体激光器或固体激光器。
3.根据权利要求1所述的一维过剩光载流子光子晶体，其特征在于所述干涉光路(2) 为迈克耳逊干涉仪或马赫-曾德尔干涉仪。
4.根据权利要求1或2或3所述的一维过剩光载流子光子晶体，其特征在于所述直线列干涉条纹为等距直线列干涉条纹。
5.根据权利要求4所述的一维过剩光载流子光子晶体，其特征在于所述半导体硅片 (3)为重掺杂硅片。
全文摘要
本发明公开了一种一维过剩光载流子光子晶体，从左至右包括激发光光源、干涉光路、半导体硅片；其中，所述激发光光源的激发光经过干涉光路后形成了激发光等距直线列干涉条纹照射至半导体硅片上，在半导体硅片上形成若干条并列的周期性的折射率凹槽；所述激发光光源的光子能量大于半导体的禁带宽度；所述干涉光路为迈克耳逊干涉仪或马赫-曾德尔干涉仪中的一种。本发明的光子晶体晶格长度和禁带位置可调，光子晶体结构易实现并且可控；这种光子晶体禁带可通过改变干涉条纹两个相邻明条纹或暗条纹的间隔或者激发光光源的能量来进行调整。它既可以用于普通光子晶体所应用的领域，也可以用于光子晶体光开关，光调制器以及光网络等系统中。
文档编号G02F1/015GK102354062SQ20111033978
公开日2012年2月15日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者周鹰, 左笑尘, 杨立峰, 王亚非, 王占平, 高椿明 申请人:电子科技大学