技術領域

本發明涉及一種太赫茲波段的光子晶體的加工制作方法。

背景技術

由于超快光子學和太赫茲時域光譜(TDTS)技術[D.?H.?Auston,?K.?P.?Cheung,?and?P.?R.?Smith.?Picosecond?photoconducting?Hertziandipoles.?Appl.?Phys.?Lett.?45,?284?(1984).]的發展，太赫茲波段的研究與應用引起人們的廣泛關注。隨著太赫茲技術在醫學成像、無損探測、科學研究以及無線通訊等方面的應用，各種太赫茲波段的設備及光子器件開始被研發出來。

在太赫茲技術出現的同一時期，光子晶體(PCs)的奇特的光學性質也被報道出來[E.?Yablonovitch.?Inhibited?spontaneous?emission?in?solid-state?physics?and?electronics.?Phys.?Rev.?Lett.?58,?2059?(1987).]。某些頻段的電磁波可以被光子晶體完全反射，某些頻段的電磁波可以被限制在光子晶體的某些特殊位置，可以通過對光子晶體缺陷模式的設計，來實現光子的高度局域化，從而實現光波的人工調控。與傳統設備相比，在實現相同功能的情況下，光子晶體設備所占空間更小，因此使用光子晶體設備可以提高光與電子設備的集成度。光子晶體的研究工作一般集中在光子晶體的設計與制作，以及光子晶體對光學波段和微波波段光波的控制等方面。

太赫茲波段光子晶體能夠對太赫茲波段電磁波進行調節和控制。太赫茲波段光子晶體的周期結構尺度一般為百微米量級。選取合適的介質材料，通過結構設計，可以制成一維、二維和三維太赫茲波段光子晶體。在太赫茲波段，材料對電磁波的響應一般會涉及到材料中自由載流子和聲子等。因此，對材料特性的研究與選取也是太赫茲波段光子晶體研究的重要組成部分。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術存在的不足提供一種太赫茲波段光子晶體的制作方法，所制成的光子晶體具有光子禁帶(PBG)，可以對電磁波進行調制。利用太赫茲波段光子晶體可以制成太赫茲波段光子器件，可用于科學研究以及實際生產應用。

為達到上述目的，本發明的構思是：

盡管太赫茲波段光子晶體的周期尺度在百微米量級，與可見光波段光子晶體相比，便于加工，但是在制作二維或三維太赫茲波段光子晶體時，仍然具有一定的難度，在制作具有特定缺陷的二維或三維太赫茲波段光子晶體時難度更高。本發明通過選擇適當材料，利用飛秒微加工直寫技術，分散加工，組裝堆疊的方法，可以很簡便的制作二維或三維太赫茲波段光子晶體，可以方便的在其中添加缺陷。

本發明的太赫茲波段的光子晶體，其結構為介質材料成周期性排列，周期排列的介質材料單元尺寸為百微米量級，周期排列的介質材料對太赫茲波段電磁波進行散射，形成光子帶隙。太赫茲波段光子晶體整體一次性加工比較困難，可將光子晶體分解成多層介質材料的疊加組合，對每層介質材料單獨進行加工，最后進行組裝，得到一維、二維或三維結構的太赫茲波段光子晶體。

根據上述發明構思，本發明采用的技術方案如下：

一種太赫茲波段光子晶體制作方法，其特征在于操作步驟如下：

1.??????按照需要設計光子晶體的結構，并將其分解為多層周期結構和缺陷層結構的疊加，得到各周期層和缺陷層的結構及其尺寸；

2.??????選取薄片狀介質材料作為光子晶體周期性介質材料，薄片狀介質材料的厚度與步驟1得到的各層的厚度相同；

3.??????按照各層的結構，使用飛秒微加工直寫技術對薄片狀介質材料進行加工；

4.??????組裝帶有結構的薄片狀介質材料，得到立體結構的太赫茲波段光子晶體。

上述制作方法步驟1中，周期層的厚度與周期介質的單元尺寸相同為最佳，便于加工組裝。上述制作方法步驟2中，選取的薄片狀介質材料應對太赫茲波段電磁波無吸收或吸收率很低，在太赫茲波段的折射率應與空氣的折射率之差較大，應便于微加工成型，如石英玻璃、硅、紙等。上述制作方法步驟3中，飛秒微加工的過程中，應充分考慮激光光斑直徑，激光焦點到材料表面的距離根據介質材料厚度適當調整，加工出的結構應形狀標準，誤差應遠小于光子晶體對應的太赫茲波段電磁波波長，加工截面相對于光子晶體對應的太赫茲波段電磁波應足夠光滑。上述制作方法步驟4中，組裝時各層介質材料應對應整齊，其誤差應遠小于光子晶體對應的太赫茲波段電磁波波長。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著技術進步：