专利名称：一维基于过剩光载流子的斐波纳契类准周期光子晶体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光子晶体，尤其涉及一种基于过剩光载流子的斐波纳契类准周期光子晶体。
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。目前光子晶体的大量研究都集中在“理想周期”结构下完成的，即假设光子晶体的晶格常数不变，各种材料折射率不变。但是现实中这种理想周期的光子晶体结构是不存在的。基于此考虑，近年来部分国内外科研人员将注意力放在“准周期”结构的光子晶体的研究上。斐波纳契序列(Fibonacci序列)准周期结构由于其具有黄金分割点的特点已经被应用于铁电体、准晶体、光子晶体及声子晶体等领域。伊朗Tabriz大学研究了光波在一维由负折射率材料构成Fibonacci序列的准周期结构光子晶体的布拉格带隙特性(A. Namdar and R. F. Onsoroudi， Transmission properties of a quasiperiodic nonlinear Fibonacci structure composed of epsiIon—negative and mu—negative metamaterial s, J of Nanohhotonics, 051605，2011)。南京大学研究了一维准周期光子晶体的非线性频移特性(Y. Du, S. N. Zhu, et al, Parametric and cascaded parametric interactions in a quasiperiodic optical superlattice, Appl Phys Lett 81 (9)，2002)。南京理工大学研究了层厚不变、折射率递变和折射率不变、层厚递变以及层厚不变、折射率比递变三种情况下准周期光子晶体的特性(蒋美萍等“准周期结构一维光子晶体的带隙特性与滤波特性”， 量子电子学报，2005，第6期)。江苏大学研究了光波在Fibonacci序列准周期结构光子晶体的传输特性(朱敏等“一维准周期结构的光子晶体的带隙结构”，激光杂志，2004年第4期)。上述文献主要研究具有准周期结构的光子晶体与理想周期性光子晶体一样都具有“禁带”特性，并且呈现出完全禁带。同时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。在国内外已发表的文献资料并未涉及到利用过剩光载流子引起折射率准周期性变化，形成具有光子带隙且可调的一维Fibonacci类准周期光子晶体，并且也未涉及到一维准周期光子晶体的制备方式。
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准周期结构可调，而且制备工艺简单的一维基于过剩光载流子的斐波纳契类准周期光子晶体。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种一维基于过剩光载流子的斐波纳契类准周期光子晶体，包括激发光光源、激光调制器、柱面镜、振镜、与振镜相连的扫描驱动器、半导体硅片；
所述激光调制器调制激发光光源后激发光光源发出的圆柱状激发光经柱面镜转换成线状光束再经振镜照射到半导体硅片上，扫描驱动器调节振镜的反射面使线状光束周期性地照射到半导体硅片上；
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，所述半导体硅片为重掺杂硅片。进一步地，所述的激发光光源是脉冲调Q激光器。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
(1)晶体结构易于实现。过剩光载流子是在入射光子能量满足一定条件(光子能量大于半导体硅片的禁带宽度)的前提下直接照射半导体硅片产生，过剩光载流子的不均勻分布导致硅片的折射率发生改变，调整产生过剩光载流子的入射光的周期性即可形成准周期光子晶体结构。(2)有效调节光子晶体准周期长度。通过激发光光源的光强、脉冲间隔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准周期性参数的改变，进而调节基于过剩光载流子的Fibonacci类准周期光子晶体禁带位置。
图1为本发明实施例的结构示意图2为光注入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为激发光线状光束注入半导体硅片后，半导体硅片截面的光学特征示意图； 图4为一维基于过剩光载流子Fibonacci类准周期光子晶体结构示意图； 图5为产生第六代Fibonacci类准周期光子晶体结构时，激发光光源出射光脉冲序列示意图6为一维基于过剩光载流子第六代Fibonacci序列准周期光子晶体示意图。其中，11、激光调制器，12、激发光光源，13、圆状光束，14、柱面镜，15、扫描驱动器， 16、线状光束，17、振镜，18、半导体硅片，41、工作光，42、过剩光载流子层，43、未产生过剩光载流子层，44、基底。
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。如图1所示，从左至右从上至下包括激光调制器11，激发光光源12，圆状光束 13，柱面镜14，扫描驱动器15，线状光束16，振镜17，半导体硅片18，激发光光源12发出的激发光通过柱面镜14，将激发光的圆状光束13转换成一条线状光束16，再经振镜17反射到半导体硅片18上，振镜17与扫描驱动器15相连，扫描驱动器15调节振镜17的反射面使线状光束16周期性地照射到半导体硅片18上，同时通过激光调制器11对激发光光源12 进行调制，即可在半导体硅片18上形成预期的一道道准周期性的结构，其中激发光光源12
4为光子能量大于半导体的禁带宽度的激光器，优选脉冲调Q激光器，半导体硅片18选择重掺杂硅片。Fibonacci序列是由第1代/ (1)从J元素开始，前6代的序/ (1)...
FB (1)分别是儿 AB, ABA, ABAAB, ABAABABA, ABAABABAABAAB, FB (N)为 Fibonacci 序列第#代的简写，#取正整数。一维基于过剩光载流子的Fibonacci类准周期光子晶体形成机理线状激发光光束16入射至半导体硅片18后，注入了载流子，载流子浓度达到平衡分布时候如图2所示。在注入载流子后，半导体硅片18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。故线状光束16注入后，此时的半导体硅片18相当于折射率凹槽，如图3所示。扫描驱动器15调节振镜17 的反射面使线状光束16周期性地照射到半导体硅片18上，即可在半导体硅片18上形成一道道折射率起伏。同时通过激光调制器11对激发光光源12进行幅度调制，即可形成预期的一维准周期性折射率涨落Fibonacci (FB)序列准周期光子晶体，如图4所示，使得半导体硅片18上产生了过剩光载流子层42和未产生过剩光载流子层43。本实施例以一维基于过剩光载流子M (6)即第六代Fibonacci类准周期光子晶体为例。利用激光调制器11调制激发光光源12使其出射光形成与M (6)相对应的脉冲序列即1011010110110，如图5所示。当扫描驱动器15调节振镜17的反射面勻速转动，则可使线状光束16按照脉冲序列1011010110110的方式照射到半导体硅片18上，使得半导体硅片18上出现与激发光脉冲序列对应的折射率准周期性涨落，即形成一维基于过剩光载流子的第六代Fibonacci类准周期光子晶体，如图6所示。当传输工作光41 (光子能量小于材料禁带宽度，且正好落在一维基于过剩光载流子的Fibonacci类准周期光子晶体禁带内)沿着准周期方向传播时，将发生全发射。
权利要求
1.一种一维基于过剩光载流子的斐波纳契类准周期光子晶体，其特征在于包括激发光光源、激光调制器、柱面镜、振镜、与振镜相连的扫描驱动器、半导体硅片；所述激光调制器调制激发光光源后激发光光源发出的圆柱状激发光经柱面镜转换成线状光束再经振镜照射到半导体硅片上，扫描驱动器调节振镜的反射面使线状光束周期性地照射到半导体硅片上；所述激发光光源的光子能量大于半导体的禁带宽度。
2.根据权利要求1所述的一维基于过剩光载流子的斐波纳契类准周期光子晶体，其特征在于所述半导体硅片为重掺杂硅片。
3.根据权利要求1所述的一维基于过剩光载流子的斐波纳契类准周期光子晶体，其特征在于所述的激发光光源是脉冲调Q激光器。
全文摘要
本发明公开了一种一维基于过剩光载流子的斐波纳契类准周期光子晶体，包括激发光光源、激光调制器、柱面镜、振镜、与振镜相连的扫描驱动器、半导体硅片；所述激光调制器调制激发光光源后激发光光源发出的圆柱状激发光经柱面镜转换成线状光束再经振镜照射到半导体硅片上，扫描驱动器调节振镜的反射面使线状光束周期性地照射到半导体硅片上；所述激发光光源的光子能量大于半导体的禁带宽度。本发明的晶体结构易于实现，过剩光载流子照射硅片导致折射率发生改变，调整产生过剩光载流子的入射光周期性即形成准周期光子晶体结构。通过调节激发光光源的光强、脉冲间隔可有效控制过剩光载流子的浓度分布，调节准周期光子晶体禁带位置。
文档编号G02F1/01GK102323680SQ20111027255
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者周鹰, 张希仁, 杨立峰, 王亚非, 王占平, 高椿明 申请人:电子科技大学