供稿人：楊飛，連芩 發(fā)布日期：2017-04-21
光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體，具有波長選擇的功能，可以有選擇地使某個(gè)波段的光通過而阻止其它波長的光通過。日本大阪大學(xué)連接和焊接研究所的Soshu Kirihara利用陶瓷面曝光成形打印技術(shù)制造出具有金剛石結(jié)構(gòu)的光子晶體，并探索其制造太赫茲波諧振器的可行性。
研究人員首先設(shè)計(jì)金剛石結(jié)構(gòu)模型(晶格常數(shù)500μm，電介質(zhì)晶格的縱橫比為1.5)，總尺寸為5mm×5mm×5mm，由10×10×10個(gè)晶胞組成。然后將平均粒徑170nm的氧化鋁陶瓷顆粒均勻混合在光固化樹脂中，以面曝光成型方式打印。
(a)面曝光成形原理
b) 光子晶體素坯及均勻分散的陶瓷顆粒(c)燒結(jié)后的光子晶體及表面微結(jié)構(gòu)
圖1 面曝光成形的光子晶體
打印的光子晶體素坯(圖1)經(jīng)過脫脂(600℃，2h)和燒結(jié)(1500℃，2h)后，其晶格常數(shù)為375μm，垂直方向線性收縮率為23.8%，水平方向收縮率為24.6%，相對(duì)密度達(dá)到了99%，平均晶粒尺寸為2μm，光子帶隙為0.4到0.47THz。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明晶格結(jié)構(gòu)在脫脂燒結(jié)過程中所有晶向上收縮一致，沒有任何方向變形。
研究人員利用所制造的太赫茲波諧振器(圖2)進(jìn)行了透射光譜測試。測試結(jié)果(圖3)顯示其光子帶隙范圍和理論計(jì)算結(jié)果相互吻合，表明所打印的帶有微晶格的光子晶體諧振器可被用作太赫茲波長濾波器。
圖2 制造的太赫茲波諧振器
(a)透射光譜測試結(jié)果 (b)太赫茲波時(shí)域光譜和微磁傳輸線理論的計(jì)算結(jié)果
圖3 諧振器透射光譜測試