專利名稱：一維過剩光載流子光子晶體的制作方法
技術領域：
本發明涉及光信息技術領域，尤其涉及一種基于一維過剩光載流子的光子晶體。
背景技術：
光子晶體是近30年來逐漸發展起來的一類新型功能材料。早在1987年由美國 Bell實驗室的E. Yablonovitch和Princeton大學的S. John分別獨立提出了光子晶體的概念。如果將具有不同折射系數的介質在空間按一定的周期排列，當空間周期與光波長相當時，由于周期性所帶來的布拉格散射，它能夠在一定頻率范圍內產生“光子禁帶” (photonic band gap，PBG)。如果光子的能量落在光子禁帶頻率范圍內，則不能在介質中傳播。這種具有光子禁帶的周期性電介質結構即為光子晶體。由于與傳統的光和電磁材料相比有著截然不同的功能特點和優勢，光子晶體在通信、探測、微機電、環保以及生物醫學等領域有著廣闊的應用前景，光子晶體材料已經成為當今物理學、光電子學、電磁場理論、微機電、材料科學、生物醫學等領域共同關注的研究熱
點ο由于光波波長的介觀微納米尺度，光波光子晶體周期結構的空間周期長度與光波波長相當，導致光波光子晶體的加工制備面臨著挑戰。目前制備光子晶體的方法有多層沉積/刻蝕方法、離子刻蝕技術等，制備工藝復雜。例如中國專利“CN200810018360. 9”利用微接觸式納米壓印工藝使單分散膠體顆粒在液態高分子聚合物基體材料上制作面心立方結構的全禁帶三維光子晶體和中國專利“CN02137805. 3”利用電沉積技術制備可調電子和光子帶隙的三維半導體量子點光子晶體等。為了實現相應的光子晶體結構，從而使得制備方法都較為復雜。
發明內容
針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是提供一種光子晶體禁帶位置可調且結構易于實現的一維過剩光載流子光子晶體。
為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案從左至右包括激發光光源、干涉光路、半導體硅片；
其中，所述激發光光源的激發光經過干涉光路后形成了激發光等距直線列干涉條紋照射至半導體硅片上，在半導體硅片上形成若干條并列的周期性的折射率凹槽； 所述激發光光源的光子能量大于半導體的禁帶寬度。進一步地，所述激發光光源為半導體激光器、氣體激光器或固體激光器。進一步地，所述干涉光路為邁克耳遜干涉儀或馬赫-曾德爾干涉儀。進一步地，所述直線列干涉條紋為等距直線列干涉條紋。進一步地，所述半導體硅片為重摻雜硅片。本發明的原理激發光通過干涉光路后形成干涉條紋，干涉條紋入射到半導體硅片表面激發出電子空穴對即過剩光載流子，由于這種光注入引起了材料折射率的變化，半導體硅片在干涉條紋激發光的照射下，形成了與干涉條紋明暗相對應的折射率周期性變化，即形成了光子晶體，光子晶體的晶格長度為兩個相鄰明條紋或暗條紋的間隔。當傳輸工作光(光子能量小于材料禁帶寬度，但正好落在光子晶體禁帶內)沿著周期方向傳播時，將發生全發射。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果(1)晶格長度可調，禁帶位置可調； 通過對入射光的光強、光子能量以及入射角度等調節可以有效控制過剩光載流子的濃度分布，從而實現對半導體硅片折射率的周期性參數的改變，進而調節過剩光載流子光子晶體禁帶位置。(2)光子晶體易實現并且可控。這種光子晶體禁帶可通過改變干涉條紋兩個相鄰明條紋或暗條紋的間隔或者激發光光源的能量來進行調整。它既可以用于普通光子晶體所應用的領域，也可以用于光子晶體光開關，光調制器以及光網絡等系統中。
圖1為本發明實施例的結構示意圖2為光注入后半導體硅片內載流子濃度達到平衡時濃度分布示意圖； 圖3為激發光通過干涉光路后形成的等距直線列條紋示意圖； 圖4為激發光干涉條紋注入半導體硅片后，半導體硅片截面的光學特征示意圖； 圖5為激發光干涉條紋注入半導體硅片后，硅片截面形成光子晶體特征示意圖。其中，1、激發光光源，2、干涉光路，3、半導體硅片，4、直線列干涉條紋，5、折射率凹槽。
具體實施例方式下面將結合附圖及具體實施方式
對本發明作進一步的描述。參見圖1，一種一維過剩光載流子光子晶體，從左至右包括激發光光源1，干涉光路2，半導體硅片3，直線列干涉條紋4，折射率凹槽5，激發光光源1發出的激發光通過干涉光路2后形成激發光直線列干涉條紋4 (如圖3所示)再照射至半導體硅片3上，在半導體硅片3上形成一道道周期性的折射率凹槽5，作為優選，所述半導體硅片3選擇重摻雜硅片， 所述干涉光路2為邁克耳遜干涉儀或馬赫-曾德爾干涉儀中的一種。一維過剩光載流子光子晶體形成機理如下激發光通過干涉光路2后形成的干涉條紋是等距直線列干涉條紋4，等距直線列干涉條紋4的激發光入射至半導體硅片3后，注入了載流子，載流子濃度達到平衡分布時如圖2所示。在注入載流子后，半導體硅片3折射率減小，根據光程的概念，從該截面上看，在激發光正入射時，入射中心點的光程最小，越遠離入射中心點光程越大。故點狀光注入時， 此時的半導體硅片3相當于凹透鏡。激發光在通過干涉光路2形成的等距直線列干涉條紋 4注入半導體硅片3表面相當于等距直線列分布的一道道折射率凹槽5，形成周期性折射率起伏；激發光等距直線列干涉條紋4注入半導體硅片3截面后的光學特征如圖4所示。如圖5所示為一維周期性折射率漲落形成光子晶體結構，當傳輸工作光(光子能量小于材料禁帶寬度，且正好落在一維過剩光載流子光子晶體禁帶內)沿著周期方向傳播時，將發生全發射；當關閉激發光時，半導體硅片3中過剩光載流子消失，工作光傳輸不受影響。這一性質可以使其應用于光開關、光調制器、光網絡等系統中。
權利要求
1.一種一維過剩光載流子光子晶體，其特征在于從左至右包括激發光光源(1)、干涉光路(2)、半導體硅片(3)；其中，所述激發光光源(1)的激發光經過干涉光路(2)后形成了激發光直線列干涉條紋照射至半導體硅片(3)上，在半導體硅片(3)上形成若干條并列的周期性的折射率凹槽 (5)；所述激發光光源(1)的光子能量大于半導體的禁帶寬度。
2.根據權利要求1所述的一維過剩光載流子光子晶體，其特征在于所述激發光光源 (1)為半導體激光器、氣體激光器或固體激光器。
3.根據權利要求1所述的一維過剩光載流子光子晶體，其特征在于所述干涉光路(2) 為邁克耳遜干涉儀或馬赫-曾德爾干涉儀。
4.根據權利要求1或2或3所述的一維過剩光載流子光子晶體，其特征在于所述直線列干涉條紋為等距直線列干涉條紋。
5.根據權利要求4所述的一維過剩光載流子光子晶體，其特征在于所述半導體硅片 (3)為重摻雜硅片。
全文摘要
本發明公開了一種一維過剩光載流子光子晶體，從左至右包括激發光光源、干涉光路、半導體硅片；其中，所述激發光光源的激發光經過干涉光路后形成了激發光等距直線列干涉條紋照射至半導體硅片上，在半導體硅片上形成若干條并列的周期性的折射率凹槽；所述激發光光源的光子能量大于半導體的禁帶寬度；所述干涉光路為邁克耳遜干涉儀或馬赫-曾德爾干涉儀中的一種。本發明的光子晶體晶格長度和禁帶位置可調，光子晶體結構易實現并且可控；這種光子晶體禁帶可通過改變干涉條紋兩個相鄰明條紋或暗條紋的間隔或者激發光光源的能量來進行調整。它既可以用于普通光子晶體所應用的領域，也可以用于光子晶體光開關，光調制器以及光網絡等系統中。
文檔編號G02F1/015GK102354062SQ20111033978
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者周鷹, 左笑塵, 楊立峰, 王亞非, 王占平, 高椿明 申請人:電子科技大學