复合结构光子晶体的制备与性质

论文摘要

具有掺杂等复合结构,是三维光子晶体从简单材料走向复杂器件的重要一步。通过具有掺杂态的光子带隙来改变荧光发射,得到特定波长的荧光光谱窄化,对在微/纳米尺度体系内获得激光发射或类激光发射具有重要理论意义。空心微球组成的光子晶体,通过液体渗入来调节光子晶体的带隙波长和强度,可通过光子带隙波长和强度的改变来表征液体折光率变化。本文利用多层光子晶体的复合光子带隙,得到荧光光谱的窄化效应,并可以有效地对荧光发射光谱进行修饰。在有效改进光子带隙对荧光发射的整体抑制作用后,期望能够在此体系内获得类激光发射。通过将相同尺寸、不同折光率的微球组装在一起,单一地获得介电常数掺杂的三维光子晶体,从而清晰肯定地确认掺杂状态为给体掺杂还是受体掺杂,并通过对应光子带隙中缺陷态的位置,为进一步理论分析缺陷态和掺杂状态的关系奠定基础。利用二氧化硅致密空心球来有效降低光子晶体的有效折光率,在通过液体渗入调节光子带隙的过程中,有效实现光学结构从蛋白石向反蛋白石结构的反转,从而在调节光子带隙波长位置的同时,大幅提高了光子带隙的强度,更加有利于光子晶体带隙的调控。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 光子晶体
• 1.1.1 光子晶体的定义
• 1.1.2 光子晶体的光学特征
• 1.1.2.1 光子禁带
• 1.1.2.2 光子局域
• 1.1.2.3 光子晶体的其他特性
• 1.1.3 光子晶体的分类
• 1.1.3.1 一维光子晶体
• 1.1.3.2 二维光子晶体
• 1.1.3.3 三维光子晶体
• 1.1.4 光子晶体的制作方法
• 1.1.4.1 微加工方法
• 1.1.4.2 激光直接写入
• 1.1.4.3 激光全息技术
• 1.1.4.4 层叠方法
• 1.1.4.5 胶体晶体法
• 1.1.5 光子晶体的表征
• 1.1.5.1 结构表征
• 1.1.5.2 光谱表征
• 1.1.6 光子晶体的应用
• 1.1.6.1 微波天线
• 1.1.6.2 宽带及极窄带滤波选频器
• 1.1.6.3 光子晶体波导
• 1.1.6.4 高频率低损耗反射镜
• 1.1.6.5 无阈值激光器及高效率发光二极管
• 1.1.6.6 光子晶体微腔
• 1.1.6.7 光子晶体偏振片
• 1.1.6.8 非线性光子晶体器件
• 1.2 三维光子晶体结构
• 1.2.1 复合周期结构
• 1.2.2 缺陷结构
• 1.2.3 金刚石结构
• 1.2.4 木堆结构
• 1.3 复合结构光子晶体的制备
• 1.3.1 复合型胶球的制备
• 1.3.2 渗透功能成分的复合结构光子晶体
• 1.4 光子禁带的调控
• 1.4.1 光响应的调控
• 1.4.2 磁响应调控
• 1.4.3 热响应调控
• 1.4.4 光热、光电双响应调控
• 1.4.5 PH 响应调控
• 1.4.6 溶剂响应调控
• 1.5 本论文的研究目的和主要内容
• 第二章 胶态微球的制备及胶体晶体的组装
• 2微球制备研究'>2.1 单分散 SiO₂微球制备研究
• 2微球的制备'>2.1.1 单分散SiO₂微球的制备
• 2.1.2 结果与讨论
• 2.2 单分散 PS 微球的制备研究
• 2.2.1 PS 微球的制备
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 无皂乳液聚合法合成单分散表面带有羧基的阴离子PS 微球
• 2.2.2.2 分散聚合法制备表面修饰氨基的阳离子PS 微球
• 2.2.2.2.1 初始单体浓度对微球的影响
• 2.2.2.2.2 引发剂浓度对微球的影响
• 2.3 胶体晶体的制备
• 2胶体晶体'>2.3.1 SiO₂胶体晶体
• 2胶粒垂直对流自组装制备胶体晶体'>2.3.1.1 单分散 SiO₂胶粒垂直对流自组装制备胶体晶体
• 2胶体晶体表面形貌的表征'>2.3.1.2 SiO₂胶体晶体表面形貌的表征
• 2.3.1.3 光子带隙表征
• 2.3.2 PS 胶体晶体
• 2.3.2.1 PS 胶体晶体的制备及表征
• 2.3.2.2 表面形貌的表征
• 2.3.2.3 光子禁带的表征
• 2.4 本章小结
• 2复合微球及空心球的制备'>第三章 PS／SiO₂复合微球及空心球的制备
• 2复合微球'>3.1 分散聚合制备 PS／SiO₂复合微球
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.1.1 原料
• 3.1.1.2 单分散聚苯乙烯微球及复合微球的制备：
• 3.1.2 结果与讨论
• 2复合微球及空心球的制备'>3.2 以阳离子PS 微球为摸板制备PS／SiO₂复合微球及空心球的制备
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 原料
• 2复合微球及空心球的制备'>3.2.1.2 PS／SiO₂复合微球及空心球的制备
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 形貌分析
• 3.2.2.2 红外光谱（FIRT）分析
• 2复合微球'>3.3 以阴离子PS 微球为摸板制备 PS／SiO₂复合微球
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.1.1 原料
• 2 复合微球的制备'>3.3.1.2 PS／SiO₂复合微球的制备
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 复合微球及空心球光子晶体的研究
• 3.4.1 实验部分
• 3.4.1.1 原料
• 2复合微球及空心球光子晶体的制备'>3.4.1.2 PS／SiO₂复合微球及空心球光子晶体的制备
• 3.4.2 结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 液体类反蛋白石
• 4.1 试验部分
• 4.1.1 试剂及仪器
• 4.2 蛋白石结构的制备
• 4.2.1 单分散阳离子聚苯乙烯微球的制备
• 2复合微球的制备'>4.2.2 核壳型PS／SiO₂复合微球的制备
• 4.2.3 空心球光子晶体的制备
• 4.3 测试与表征
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 空心球及其光子晶体形貌和特性的研究
• 4.4.2 液体响应调控光子晶体
• 4.4.3 液体调控重复性实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 光子晶体的荧光窄化作用
• 5.1 试验部分
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 单分散二氧化硅乳胶粒的制备
• 5.1.3 胶体晶体异质结构的制备
• 5.2 测试与表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 光子晶体和光子晶体复合结构的形貌
• 5.3.2 荧光光谱窄化
• 5.4 本章小结
• 第六章 缺陷态光子晶体
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 原料
• 6.1.2 缺陷态光子晶体的制备
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 尺寸掺杂光子晶体
• 6.2.1.1 三明治结构光子晶体的形貌
• 6.2.1.2 尺寸掺杂光子晶体缺陷态的形成
• 6.2.1.3 掺杂类型的讨论
• 6.2.2 介电常数掺杂光子晶体
• 6.2.2.1 空心、实心二氧化硅微球介电常数的转变
• 6.2.2.2 三明治结构光子晶体形貌
• 6.2.2.3 介电常数掺杂缺陷态的形成
• 6.2.2.4 掺杂类型的讨论
• 6.3 本章小结:
• 第七章 结论
• 参考文献
• 博士期间发表的论文
• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT