光子晶体简介

光子晶体的特征光子晶体是一种具有周期性介电常数或折射率的光学材料，其特点是在某些频率范围内产生布拉格反射，形成光子带隙。

这种材料结构的存在使得它在光学传输、光纤通信、光学传感、太阳能电池等领域都有广泛的应用。

1. 呈周期性结构光子晶体的具有周期性的介电常数或折射率，呈现出周期性结构。

这种结构的存在使得光子晶体在特定频率范围内的光子带隙形成，产生高效的布拉格反射。

这种特殊的反射现象使得光子晶体在光学传输、光纤通信、光学传感等领域都有广泛的应用。

2. 光子晶体的色散特性光子晶体可以通过改变其周期性结构来调节其色散特性。

因此，光子晶体可以作为光学器件中的色散补偿器使用。

这种特性使得光子晶体在光学通信、激光器等领域有广泛的应用。

3. 具有高度选择性光子晶体具有高度的选择性，可以选择性地传递某些频率的光，而过滤掉其他频率的光。

这种特性被广泛应用于光学传感和光学滤波器等领域。

4. 具有非线性光学特性光子晶体具有非线性光学特性，可以通过改变其结构来调节其非线性光学特性。

这种特性使得光子晶体可以用来制备光学调制器和光学开关等器件，以及在生物医学成像和激光技术中有广泛的应用。

5. 具有可控光学性质光子晶体的光学性质可以通过改变其结构来调节。

这种可控性使得光子晶体在光学器件中具有广泛的应用，如可调谐滤波器、可调谐激光器等。

6. 可以制备多种材料光子晶体可以由多种材料制备，包括聚合物、玻璃、氧化物等，可以根据需要选择不同的材料来制备不同性质的光子晶体，这种特性使得光子晶体在不同领域有广泛的应用。

光子晶体作为一种具有周期性介电常数或折射率的光学材料，具有许多特殊的光学性质，如高度的选择性、非线性光学特性、可控光学性质等。

这些特性使得光子晶体在光学传输、光纤通信、光学传感、太阳能电池等领域都有广泛的应用。

光子晶体理论和制备技术
光子晶体，也叫光子带隙材料，是一种具有高度有序结构的材料，具有一定的光学特性和电学特性，并且对光的波长或频率具
有选择性反射和传输的能力，可广泛应用于光波分析、信息存储、光电通信、传感等领域。

光子晶体的理论基础是布拉格反射定律和光子带隙理论。

布拉
格反射定律是指入射角等于反射角时，波在介质中传播时受到空
间周期性折射的现象。

光子带隙理论是指光子晶体对特定的波长
或频率的光有反射作用，对剩余波长或频率的光则有透过作用，
并且反射率可以非常高，甚至接近于100%。

制备光子晶体有多种方法，包括自组装法、溶胶-凝胶法、气相沉积法等。

其中自组装法是一种简单易行的方法，是指让颗粒自
发地在表面自组装到一定程度，形成一定的空间排布结构。

溶胶-
凝胶法是将溶胶液加热，使其蒸发形成凝胶体，通过煅烧或热处
理形成光子晶体。

气相沉积法是通过高温化学气相沉积，沉积出
一定厚度的半导体晶体。

光子晶体的应用领域非常广泛。

例如，在生物检测领域，通过
改变光子晶体的结构和成分，可以制备出高灵敏度的生物传感器，
用于检测细胞生长状态和传染病细菌感染情况等。

在光波分析领域，利用光子晶体的选择性反射能力，可以制备出高精度光纤陀螺仪等精密仪器，用于测量光波的频率、相位和强度等。

总的来说，光子晶体是一种非常重要的材料，具有广泛的应用前景和丰富的理论基础，近年来在科研和实践中得到越来越广泛的关注和应用。

光子晶体和光子晶体结构光子晶体是一种具有周期性层状结构的材料，其特点是能够控制光波的传播和调制。

光子晶体的研究和应用在光学、电子、通信等领域有着广泛的应用前景。

光子晶体结构的形成是通过改变材料中介质折射率的分布而实现的。

光子晶体的基本单元是具有不同折射率的周期性结构，每个单元的尺寸一般在光波的波长范围内。

通过改变周期性结构的尺寸和形状，可以调控光的传播速度、频率和波长选择性。

光子晶体能够形成光子带隙，使光波在特定频率范围内被禁止传播，这种特性使得光子晶体在光学器件设计和光学信号处理中具有重要的作用。

在光子晶体的研究中，最常见的结构包括一维、二维和三维的光子晶体。

一维光子晶体是由多个介质层交替叠加而成，如Fabry-Perot腔、DBR腔等，可用于制备窄带滤波器和调制器。

二维光子晶体是由周期性排列的柱状或球状结构组成，可用于制备光学波导、微透镜和分光器。

三维光子晶体具有更复杂的结构，可以形成全息拓扑结构，制备出具有高度对称性和复杂功能的光学器件。

光子晶体的制备通常采用自组装、光刻、溶胶凝胶法等方法。

其中，自组装是一种常用的方法，通过微流控技术和界面控制来实现光子晶体的组装。

自组装方法可以制备出具有高度有序结构和周期性的光子晶体，并且具有较高的可扩展性和可控性。

光子晶体的应用涵盖了众多领域。

在光学传感方面，光子晶体可以通过改变环境折射率来实现对光波传播的调控，从而实现对环境中物质浓度、温度和压力等参数的检测。

在光学通信中，通过光子晶体的结构设计和调控，可以实现高效率的光信号传输和调制，提高通信系统的性能。

此外，光子晶体还可以应用于光子计算、光子集成电路、太阳能电池和光子器件等领域。

光子晶体的研究还面临着一些挑战。

首先，光子晶体的制备技术需要进一步发展，提高自组装方法的可控性和稳定性。

其次，光子晶体的性能和应用还需要深入研究，特别是在高温、高压和强光照射等复杂环境下的应用。

最后，光子晶体在制备成本和规模化生产方面还存在一定的限制，需要寻找更加经济和可行的制备方法。

光子晶体的制备及应用王文瀚12S011029 1 引言光子晶体(Photonic Crystals, PCs)是一种人工周期介质结构，由不同折射率材料周期性地交替排列而成，这种周期介质结构最早由Bykov于1972年提出。

1987年，Yablonovitch和John分别在研究抑制原子的自发辐射和光子的局域化问题中也各自独立地提出了这种结构，并在后来的研究中将其命名为光子晶体。

实际上，在自然界中就存在着光子晶体结构，如蛋白石、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物、以及澳洲海老鼠的毛发。

蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物是一种周期性结构。

这种周期性结构可以限制光在其中的传输，让某些波长的光通过，而让另一些波长的光完全被反射。

正因为如此，才形成了蝴蝶翅膀表面绚烂的花纹和色彩。

这种周期性结构与Yablonovitch和John提出的光子晶体概念是相吻合的。

当然，自然界中这样的例子只是少数，目前更多的光子晶体是由人工加工制作而成。

1990 年，Ho和Chan等人第一次从理论上论证了三维金刚石结构具有完全光子禁带。

1991 年，Yablonovitch团队通过从一定角度对半导体介质进行钻孔，首次成功制作了具有完全禁带的三维金刚石结构光子晶体，禁带频率范围为13GHz~15GHz。

[1]2 光子晶体原理最简单的的光子晶体是由A、B两种材料在一个方向上周期交替排列形成，这种结构叫一维光子晶体，如图1(a)所示。

A、B交替的空间周期a叫做光子晶体的晶格常数，这与由原子构成的普通晶体中的晶格常数相对应。

普通晶体的晶格常数通常都在埃的数量级，而光子晶体的晶格常数则通常与工作波段的电磁波波长在同一个数量级。

比如，在可见光波段，一般为1μm量级或更小，而在微波段，则一般为1cm 左右。

根据光子晶体中介质周期分布的维数，可以把光子晶体分为一维、二维和三维光子晶体，分别如图 1 (a)、(b)、(c)所示。

(a) 一维光子晶体结构(b) 二维光子晶体结构(c) 三维光子晶体结构图1 光子晶体结构示意图一维光子晶体是由多层介质薄膜构成，在光子晶体概念提出以前，就已经得到广泛研究和应用，如分布布拉格光栅。

光子晶体的结构和光学特性光子晶体，又称为光子带隙材料，是指具有周期性的折射率分布的材料，能够通过控制光子的行为，实现对光的操作和调控。

它的折射率分布几乎彻底地阻止了某些波长的光在材料内的传播。

光子晶体的特殊结构使得它具有独特的光学特性。

首先，光子晶体可以形成光子带隙。

光子带隙是指光子不能通过的频率范围，这就像晶体带隙，阻止电子通过一般，光子带隙也阻止了某些频率的光子通过光子晶体。

其次，光子晶体的禁带宽度取决于材料的周期和折射率差异，可以通过改变材料的周期和折射率等参数来控制光子带隙的宽度和位置。

最后，光子晶体的光学特性还包括正常衍射和负常衍射，以及光子晶体的非线性光学行为等。

光子晶体的结构主要有两种：一是一维光子晶体，它由多层纵向分布的周期性结构组成，其周期和布拉格衍射中的禁带的宽度和位置密切相关；二是三维光子晶体，它是一种由周期性排列的孔洞或球体组成的晶体材料，与一般的立体晶体类似。

与一维光子晶体不同的是，三维光子晶体拥有三个中等禁带和两个大禁带，同时，它可以产生不同的光子能带和非线性光学性质。

光子晶体在实际工业应用中具有广泛的用途。

例如，光子晶体可以作为光学传感器，可以测量物质的折射率变化；它可以用来增强光子定向发射，从而提高光通信的速度；还可以应用于太阳能电池、LED灯、激光器等光电器件的优化设计中，以提高能量转化效率。

除此之外，光子晶体还可以应用于微纳光学器件、光子晶体慢光器、光子晶体超透镜和光子晶体光波导等，这些器件具有极高的性能，有助于提升光学器件的性能和效率。

在未来，随着科技的不断发展和进步，光子晶体的应用将会更加广泛和重要。

人们正在研究和探索光子晶体的新领域和新应用，如光子晶体传感、光子晶体数据传输信道、光子晶体太阳能电池等，这些领域具有广阔的前景和多样的应用需求。

总而言之，光子晶体是一种具有独特结构和光学特性的新型材料，在光电子学、新材料、信息技术等领域中拥有广泛应用前景和巨大的发展潜力。

光子晶体制备与性质光子晶体（Photonic Crystal）是一种具有周期性结构的半导体材料，通过在材料中形成周期性的介质常数分布，实现对光的调控和控制。

由于其具有较强的光学响应、光学带隙现象，使其在信息通信、太阳能电池、传感器、显示器等领域有着广泛的应用。

本文将介绍光子晶体的制备方法及其性质。

一、光子晶体的制备方法目前，制备光子晶体的方法有：自组装法、光刻法、溶胶-凝胶法等。

1.自组装法自组装法是指利用均匀分布的粒子进行组装，利用自身的相互作用，形成有序的周期性结构。

在自组装法中，可以通过选择不同形状、大小、性质的粒子，得到不同类型、大小、空间阵列的光子晶体。

2.光刻法光刻法是采用类似于电子束直写的技术，通过控制紫外光或电子束的照射区域，从而使光子晶体的单元进行精确控制。

通过控制光刻光源、预聚合物的光敏剂浓度、光照模式等参数，可以实现不同类型、大小、形态的光子晶体的制备。

3.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是利用胶体粘结机理，通过选取不同的成分、控制反应条件等，得到不同类型、大小的光子晶体。

此种方法可制备多层光子晶体，具有多种形态，应用极为广泛。

二、光子晶体的性质光子晶体的光学带隙现象是其独特性质之一，是指在材料中存在禁止带隙，使得在该频率范围内通过的光的波长范围被禁止，从而形成了光学过滤器和光学阻带器等。

1.光学带隙光学带隙是光子晶体的重要性质之一，是指在周期性结构中，材料中存在一定的频率范围，光的波长将被禁止穿过，并且在带隙外部的波长的光线可以通过材料。

光学带隙具有较强的选择性，可以实现对不同波长的光进行选择性控制。

2.全反射现象光子晶体的结构具有对光的干涉效应，将入射光束进行分散，从而实现了全反射。

全反射作为光元件的常见现象，可以实现光的指向性传输。

3.散射现象光子晶体中，存在各种形状、大小的球形或柱形的散射体，可以将散射光线引导到材料内部，使得光线能够在不同的波长上进行散射，从而实现了光的空间定向传输。

光子晶体模板颜色波长范围光子晶体模板：揭开色彩的奥秘一、光子晶体简介在讨论光子晶体模板的颜色和波长范围之前，我们先来了解一下光子晶体的基本概念。

光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其周期性结构的尺度接近可见光波长的尺度，因此对光的传播产生显著的影响。

光子晶体可以通过不同的方法制备，常见的方法包括立方最密堆积、球形颗粒自组织等。

它们在材料学、光学和光电子学中有广泛的应用，尤其在制备颜色鲜艳、光学性能优异的材料方面表现出色。

二、光子晶体模板与颜色1. 光子晶体模板的颜色生成原理在光子晶体中，周期性结构会导致在一定波长范围内的光的反射、衍射和透射。

当光经过光子晶体时，某些波长的光被选择性地增强，而其他波长的光被抑制。

这种增强和抑制的现象会给人一种特定的颜色感知，因此光子晶体模板可以呈现出不同的颜色。

这种颜色的生成原理与光的波长、周期结构的尺度以及折射率等因素有着密切的关系。

2. 光子晶体模板颜色的控制光子晶体模板的颜色是可以通过调控周期结构的尺度、材料的折射率等参数来实现的。

通过精确设计周期结构和材料参数，可以实现对光子晶体模板颜色的精准控制。

这种精准控制为制备具有特定颜色的光子晶体模板材料提供了重要的方法和途径。

三、光子晶体模板的波长范围1. 光子晶体的波长范围和光子带隙光子晶体的周期性结构导致了光子带隙的产生，即在某个波长范围内的光无法通过，在这个波长范围内出现了所谓的禁带。

这个禁带的宽度和位置取决于周期结构的尺度以及材料的折射率等因素。

光子晶体的波长范围是可以通过设计和调控周期结构来实现的。

2. 光子晶体模板的波长范围调控通过精确控制光子晶体模板的周期结构，可以实现对光子带隙的调控，从而在可见光范围内产生特定的颜色。

而且光子晶体模板也可以在紫外、可见和红外光谱范围内发挥作用，具有较宽的波长范围。

这种宽波长范围的特性为光子晶体在传感、显示和光学器件等领域的应用提供了广阔的前景。

四、个人观点和总结光子晶体模板作为一种颜色和波长范围可调的材料，在材料科学和光学技术中有着重要的应用价值。

光子晶体:光子晶体是指具有光子带隙（PhotonicBand-Gap,简称为PBG）特性的人造周期性电介质结构，有时也称为PBG光子晶体结构。

简介：光子晶体（Photonic Crystal）是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。

光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。

与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。

能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。

所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。

光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。

光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。

（应用）简单地说，光子晶体具有波长选择的功能，可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中。

背景：微波波段的带隙常称为电磁带隙（ElectromagneticBand-Gap,简称为EBG），光子晶体的引入为微波领域提供了新的研究方向。

光子晶体完全依靠自身结构就可实现带阻滤波，且结构比较简单，在微波电路、微波天线等方面均具有广阔的应用前景。

国外在这一方面的研究已经取得了很多成果，而国内的研究才刚刚起步，所以从事光子晶体的研究具有重要的意义。

（研究现状）光子晶体是指具有光子带隙（Photonic Band-Gap,简称为PBG）特性的人造周期性电介质结构，有时也称为PBG结构。

所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”。

这一概念最初是在光学领域提出的，现在它的研究范围已扩展到微波与声波波段。

光子晶体光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。

与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。

能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。

所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。

光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。

光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。

光子晶体自从被提出后，在光学物理，凝聚态物理，电磁波，信息技术等领域引起了人们广泛的关注。

在这短短的二十年里，光子晶体在理论研究和实验研究方向均取得了显著的成果，并且在某些领域也有了一定的应用。

由于光子晶体的巨大潜在应用价值，设计和制作可见光和近红外波段的完全带隙光子晶体，成为十年来科学研究的热点之一。

在制备复杂结构光子晶体的多种方法中，相对于其它制作方法，例如逐层叠加方法，半导体微加工和自组织生长、激光全息制作方法具有成本低，耗时短，方便制作和有效等优点。

下面介绍用激光全息干涉技术并结合平面波展开法和有限时域差分方法，在理论上比较系统的研究了如何使用伞形配置的多激光束形成具有较宽的完全禁带的光子晶体，提出多种实现全禁带展宽的设计方案，并通过晶体结构及1其能带传输特性的模拟来验证能带计算结果的正确性，其中的创新性工作主要包括一下几个方面：一、全系干涉法优化二维正方结构光子晶体的光束设计及其能带性质的研究由于全系干涉法中格点柱的形状和大小实际是由于干涉场的等强度面决定的，所以得结构的能带性质与制备过程有着密切的联系。

这里提出两种利用全息干涉技术制备的新型二维正方结构光子晶体的方案。

第一种是由绕z轴旋转45度的针垫形柱组成的正方晶格点阵。

另一种由不规则介质柱组成的相似晶体结构。

光子晶体及其应用光子晶体( Photonic Crystal) 是一种在微米、亚微米等光波长的量级上折射率呈现周期性变化的介质材料,按照其折射率变化的周期性,可以分为一维、二维和三维光子晶体,分别见图1～3. 光子晶体的概念首先在1987 年被E. Yablonovitch提出 . 光子晶体被视为电子晶体的光学领域内的对应物,如同电子晶体的势垒的周期性引起能量禁带一样,光子晶体的折射率的变化也会引起一部分能量的光不能够传输过该结构,这些被禁止的频率区域称为光子禁带(Phtonic Band Gap) .关于光子晶体的研究一开始只是在理论上,因为光波长尺度上的工艺非常困难.1991年,由E. Yablonovitch 制成了第一个微波波段的光子晶体后,随着各种工艺的发展,多种多样的晶体结构陆续的被制备出来,许多理论预测得到了验证 . 其中应用较多的三维结构是“木柴垛结构”(图3) 和“蛋白石结构”(图4) .光子晶体的禁带导致了许多在普通光学中没有的新性质,例如光子能隙、光子的局域态、超棱镜色散、受抑制的自发辐射等等. 它可以使光像水一样流过一个拐角而不反射回来(图5)可以使自发辐射的光只能以单波长输出;也可以使波长相差很小的光分开60°,使其色散达到普通棱镜的500 倍. 这些新的性质在集成光学、微波通信、强场光学等领域具有潜在的巨大的实用价值,因而在短短十余年时间内,受到了物理、材料等领域的学者的广泛关注. 可以相信,在不久的将来,光子晶体将在基础研究领域以及光通信、光计算、激光技术等诸多应用领域内起到不可替代的作用.2 光子晶体的原理光子晶体的原理首先是从类比晶体开始的,因而可以通过理解晶体来对光子晶体的工作原理有初步的认识. 对于晶体可以看到原子是周期性有序排列的,正是这种周期性的排列,才在晶体之中产生了周期性的势场. 这种周期势场的存在,使得运动的电子受到周期势场的布拉格散射,从而形成能带结构,带与带之间可能存在带隙. 电子波的能量如果落在带隙中,就无法继续传播. 其实,不论是电磁波,还是其它波(如光波等) ,只要受到周期性调制,都有能带结构,也都有可能出现带隙. 而能量落在带隙中的波同样不能传播. 由此我们知道在离子晶体中,离子的周期性排列产生了能带结构,而能带又控制着载流子(半导体中的电子或者空穴) 在半导体中的运动.与之类似,光子晶体中是折射率的周期性变化产生了光带隙结构,从而由光带隙结构控制着光在光子晶体中的运动. 光子晶体是在高折射率材料的某些位置周期性的出现低折射率(如人工造成的空气空穴) 的材料. 如图1～3 所示的光子晶体材料从一维到三维的结构,可以明显看出周期性的存在. 高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可以产生光子晶体带隙(Band Gap ,类似于半导体中的禁带,也可以理解为光受到了布拉格散射引起的) . 而周期的大小不同,导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的光波产生能带效应. 也就是只有某种频率的光才会在某种周期距离一定的光子晶体中被完全禁止传播.因为光被禁止出现在光子晶体带隙中,所以可以预见到我们能够自由控制光的行为. 例如,可以将发光层置于光子晶体之中,使其发光波长恰好落于光子晶体的禁带之中. 由于这些波长的光是禁止的,因而可以抑制发光层的自发辐射. 而如果通过引入缺陷就可使原来的晶体的禁带之中出现允许态,因而这些对应的波长的光就能够产生,这可以用来制备面发射的激光器.3 光子晶体的制备光子晶体在自然界是存在的,例如用来装饰的蛋白石(Opal) ,还有一种深海老鼠身上的毛以及一种特殊的蝴蝶翅膀上的粉,它们在不同的角度反射不同波长的光. 通过研究发现它们都是由大小均匀的微米、亚微米量级的结构密堆积而成的. 参见图6～9.因为Opal 形式与后面讲到的小球密堆积完全相同,因而暂且不提. 但是,这些都是粗糙的光子晶体,因为它们没有形成完全的禁带. 通过Maxwell 方程的求解可以发现,完全的禁带的形成与大小同两种材料的折射率的差、填充比以及排列方式有着密切的联系. 一般说来,两种材料的折射率差值越大,就越有可能形成光子禁带,当两种材料的折射率差大于2 的情况,可以形成完全禁带. 在自然界尚未曾发现此类的晶体. 因而实验研究使用的光子晶体必须经过人工制备.目前制作光子晶体的材料主要是无机材料,如金刚石, Si , SiO2 , TiO2 , GaAs ,AlGaAs 等,另外还有一些金属材料等. 主要的思想就是人为的构造周期性的结构. 在制备工艺上对于一维、二维和三维而言有许多不同. 下面分别进行介绍.最先制备成功的的是三维光子晶体,但是主要工作在微波波段. 在可见光部分曾经比较时兴的一种办法是类似于自然界的Opal 结构,人工制备亚微米量级的小球,然后让他们密堆积起来形成周期性排列.制作光学波段的光子晶体常用的技术是胶体颗粒(如SiO2 颗粒) 的自组织生长. SiO2 颗粒的大小一般为微米或亚微米,悬浮在液体中. 由于颗粒带电,而整个体系呈电性,这些悬浮颗粒之间有短程的排斥相互作用以及长程的范德华力. 自组装时先使用一种有机无机复合的材料使SiO2 小球表面电荷被除去以呈现电中性. 因而小球之间的作用力消失,在重力或其他外力的作用下经过一段时间,悬浮的胶体颗粒会从无序的结构相变成有序的面心立方结构而形成胶体晶体. 这种方法简便而且经济. 一般采用的胶体颗粒是聚合物等,因为一般胶体颗粒的折射率都比较小,理论计算表明由这些材料构成的面心立方结构的胶体晶体没有光子带隙. 对于相对低于空气折射率的小球与空气空穴造成的折射率差别不足以形成三维带隙的缺点,人们用以下方法试图克服这个困难:使用TiO2 来填充颗粒中的空气间隙,而TiO2 有较高的折射率,最终将颗粒溶解,留下紧密排列的TiO2 包围的球状空气空穴 . 这样就可以形成三维的光子禁带了. 制备成功的样品SEM 图见图4. 但是这种方法的缺点也很大,就是在制备的过程中会引入很多很多的缺陷,而且这些缺陷很难控制,这就使该方法很难应用于实际.另外制备三维光子晶体的办法是刻蚀法,这种采用硅工艺的方法十分有效,但是通常只是做到了近红外,可见光部分有难度,而且价格昂贵,操作复杂,同样不利于推广.对二维光子晶体的制作也有许多的研究. 二维光子晶体也有许多用途,而且制作比三维光子晶体要相对容易. 在微波或厘米波波段,可以用介质棒来构成或用机械钻孔的办法;在红外和光学波段用刻蚀等方法. 最早制作的二维光子晶体是用机械钻孔或用介质棒方法制得. 目前,二维光子晶体的带隙已经达到红外和光学波段. 制作二维光子晶体的实际例子是Bath 大学的Philip Rus2sell 和Jonathan Knight 以及他们的合作伙伴研制的特别不寻常的“多孔纤维” .这种纤维具有规则的气孔晶格,并且可以无散射的长度连续的传播光波. 这是通过围绕一个在中心的固体玻璃核包裹一系列的中空玻璃管来实现的. 由几百个传统的SiO2 棒和SiO2 毛细管依次绑在一起组成六角阵列,然后在2 000 ℃下把这个结构加热拉伸产生直径只有几微米的长纤维而成. 这种光纤被称为光子晶体光纤,它具有零色散点可调的特点,而且可以在芯径很大的情况下实现单模传输. 这种光纤的缺点是会受到水汽的影响,因为它多是中空的. 制备的样品见图10.一维光子晶体的制备非常简单,而且在光子晶体的概念提出之前就已经被广泛制备并且应用. 因为它就是我们通常所说的多层膜. 制备方法有真空镀膜技术、溶胶凝胶技术、分子束外延技术等.4 光子晶体的应用应用光子晶体控制光在其中传播的性质可制成全新的高性能器件。