含有缺陷層一維光子晶體結(jié)構(gòu)的制備與光學(xué)性能研究.pdf

1、一維光子晶體結(jié)構(gòu)因其本身結(jié)構(gòu)簡單和易制備的特點較早被科學(xué)家所關(guān)注。此結(jié)構(gòu)由折射率不同的介質(zhì)周期性分布所構(gòu)成，在特定波長范圍內(nèi)形成光子禁帶。在此結(jié)構(gòu)中加入缺陷層，可使光子禁帶中出現(xiàn)窄透射峰。在相關(guān)研究中，通過電學(xué)、力學(xué)及光學(xué)手段調(diào)節(jié)透射峰強度是一種主要的研究方向。VO2是一種熱致相變特性的功能材料，當(dāng)溫度在68℃左右，會發(fā)生從低溫單斜結(jié)構(gòu)向高溫四方結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，并伴隨光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)的變化，這種轉(zhuǎn)變具有可逆性。本文主要研究基于一維有缺陷光子晶

2、體結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧光學(xué)器件的設(shè)計，其光學(xué)調(diào)諧性能是通過采用VO2材料作為缺陷層而獲得的。
　　 本文首先研究VO2薄膜的制備工藝及薄膜的性能測試，詳細論述利用濺射氧化耦合法制備VO2薄膜的工藝方法。采用膜厚測試儀檢測所制備VO2薄膜的物理厚度;采用四探針檢測儀測試薄膜在不同溫度下的方塊電阻，從而確定VO2納米薄膜的相變溫度及電學(xué)性能變化;最后利用紅外光譜儀測試薄膜在不同溫度下的透過率曲線。與此同時，對文中所涉及的其他光學(xué)薄膜材料的磁

3、控濺射工藝進行優(yōu)化，獲得各類光學(xué)薄膜材料制備工藝參數(shù)。
　　 其次，利用理論數(shù)據(jù)對含有VO2缺陷層的一維光子晶體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，利用傳輸矩陣法計算出所設(shè)計結(jié)構(gòu)的光譜圖。通過對多層膜結(jié)構(gòu)中各層材料的厚度進行優(yōu)化，可獲得理論設(shè)計參數(shù)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計獲得各層材料光學(xué)參數(shù)的預(yù)實驗，并通過已掌握的工藝對預(yù)實驗結(jié)構(gòu)薄膜進行制備。通過XRD分析各層材料的組分，并對預(yù)實驗結(jié)構(gòu)進行紅外透過率測試。利用FilmWizard軟件對材料的透過率進行擬合，

4、可獲得薄膜的光學(xué)折射率（n）和消光系數(shù)(κ)隨紅外光波長（λ）變化的關(guān)系曲線。將所獲得的實驗數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進行對比，并利用實驗數(shù)據(jù)對所設(shè)計結(jié)構(gòu)的透過率進行模擬計算，可獲得理論優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)厚度參數(shù)及光譜數(shù)據(jù)。
　　 最后，對所設(shè)計的含有VO2缺陷層的一維光子晶體結(jié)構(gòu)進行制備，通過場發(fā)射掃描電鏡測量設(shè)計膜系的橫截面及各層表面形態(tài)，并通過紅外光譜儀獲得實驗光譜數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計結(jié)構(gòu)的透射峰強度具備隨溫度可調(diào)諧特性，且在溫度變化