三维光子晶体实用化

dameinv · 发表于 2011-9-14 17:49:31

水晶填充：图中显示，砷化镓（蓝色）围绕一个模板生长，形成三维光子晶体。

这项研究可以改进太阳能电池和LED，研究人员首次制成实用的工作设备，采用的就是三维光子晶体。

2011年7月28日，这是研究人员第一次制成高品质的三维光子晶体，并用它们制成高效发光二极管（LED）。三维光子晶体可以改进几乎任何光学器件的性能，显示器，太阳能电池，或高效灯泡都可以改进，但是，到现在为止，没有人能够用商业上可行的方法或可行的材料制备它们。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的研究人员目前正在研究的太阳能电池就是基于这种结构。

光子晶体可以控制光的吸收，发射和运动，具有非常精确的方式，就是基于它们的结构。 20世纪80年代后期以来，它们就一直是一个热门研究领域。到目前为止，实际只能制作平面的二维光子晶体。这些可以很好地控制光的运动，只是在二维平面，但在三维就不完美。不过，他们已经非常成功。例如，有家公司叫卢克斯泰勒（Luxtera），已开发出一些方法，可制造基于光子晶体的连接器产品，就直接做到计算机芯片上。使光信号接近计算机处理器，有助于加快数据传输，而且，利用光子晶体，有利于保持这些连接的尺寸紧凑。陆明诺斯公司（Luminus）一直专注于发光二极管，在此，这种晶体有助于提高光输出，使这些设备更明亮，更节能。

然而，三维光子晶体可以制备甚至更好的光学设备。“关键的优势是，你真的可以控制光在所有维度的传播，”保罗•布朗（Paul Braun）说，他是伊利诺斯大学材料科学与工程教授。布朗领导这项三维光子晶体的工作，他的研究小组也研究用这种晶体制造太阳能电池。

制备这些结构是棘手的。光子晶体结构有所不同，但它们的制备，常常是把纳米尺度的孔、棒以及其他特征刺入材料。采用必要的纳米结构，给一块平板材料加上图案，以制成二维光子晶体。这是一个相对简单的过程。难得多的是把那种图案刻进厚厚的一块材料中，制成三维结构，而又不会使材料降级。那种光子晶体是最有用的，可以活跃地在电信号和光信号之间转换，而且能够精确操纵光线流（flow of light），这种光子晶体最难制作，因为在这个过程中，材料会产生缺陷。这种光-电转换和逆向转换是至关重要的，在发光二极管，太阳能电池和光学数据计算连接器中都是这样。

dameinv · 发表于 2011-9-14 17:49:49

伊利诺伊大学的小组制备高品质三维光子晶体，方式是在一块模板上培育它们，完完全全是培育，而不是试图把纳米尺度的模式做进块状材料中。研究人员首先制作模板，就是堆叠压紧的纳米球。然后，他们把模板放进一个气相沉积容器（vapor-deposition chamber），输入一系列包含镓（gallium）和砷化物的气体。这些材料会沉积到模板上，并在它周围生长。这就像用水灌满一盒乒乓球：流入的材料填满了乒乓球之间的空间。然后，他们采用化学方式去除这些球体，留下一种三维光子晶体，就是一大块砷化镓（gallium arsenide）晶体，布满纳米尺度的小孔。

砷化镓可用来制作光学器件，如光电探测器，但用它制作三维光子晶体，在以前是不可能的。伊利诺伊大学的研究人员不仅能够用这种材料制成三维光子晶体，他们也能用它制成电流驱动的LED。

“我一直等待了很长一段时间，希望有人来完成伊利诺伊大学小组完成的工作，”礼艾力•雅布兰诺维奇（Eli Yablanovitch）说，他是美国加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）电气工程和计算机科学教授。20世纪80年代末，雅布兰诺维奇做了一些光子晶体的基础研究，推进了一种理念，就是一定的设计能够以非常可控的方式发光，可用于LED。

雅布兰诺维奇说，很难预测这项工作会有什么结果，以及什么时候会有，因为以前没有人做过实用的三维光子晶体。“一些最引人注目的应用，二维光子晶体已经实现了，”他说。如果制作三维光子晶体也同样容易，就像制作已经形成产品的二维光子晶体一样，那么，它们将始终是首选，雅布兰诺维奇说，布朗说，这项技术可能还有几年才能商品化。

ccn123 · 发表于 2011-11-1 20:02:58

[技术] 三维光子晶体实用化

点评

发表回复

浏览过的版块


热搜: 防雾膜棒料红外反射膜光电二极管镀膜机反射膜光谱仪光电探头真空镀银滤光片光器件应用光学 zemax激光远心镜头 sio2 增透膜离子源栅网 zemax 论文高反膜半反半透膜