倾斜底涂法制备聚苯乙烯胶体晶体及其光学特性研究

采用倾斜底涂法将单分散的聚苯乙烯胶体微球自组装生长成为胶体晶体,并用扫描电子显微镜和紫外-可见光分光光度计对其形貌和光学特性进行测量。结果表明,聚苯乙烯微球自组装为面心立方密堆积结构,胶体晶体的光子带隙位于可见光波段。分别对不同胶体颗粒的粒径、悬浮液的浓度、基片倾斜角度及环境温度等制备条件下生成的聚苯乙烯光子晶体样品逐一分类对比,分析了影响光子带隙宽度和深度的因素。     

光子晶体微纳光纤的制备新方法及其特性研究

为了形成胶体晶体-微纳光纤结构,采用提拉生长法,将单分散的聚苯乙烯微球在微纳光纤表面自组装生长成胶体晶体,并用扫描电子显微镜和光谱仪对胶体晶体的显微形貌和透射光谱特性进行了表征。结果表明,聚苯乙烯微球有序堆积,自组装成胶体晶体,其结构为面心立方密排结构,表面为面心立方结构的[111]面。胶体晶体-微纳光纤的透射光谱在1400.8nm处有透射峰,对应于面心立方结构在[111]方向上的光子带隙。这种光子晶体微纳光纤在光纤传感器及滤波器方面有广阔的应用前景。     

单分散性sio2胶体微球自组装光子晶体的实验研究

光子晶体是一种周期性电介质材料,具有光子带隙和光子局域等一系列优异的光学特性。制备了多种不同直径的单分散二氧化硅胶体微球,采用垂直沉积法将不同直径,以及同一直径不同浓度的二氧化硅胶体微球自组装成多种光子晶体薄膜,并用扫描电子显微镜和紫外—可见—近红外分光光度计对其微观结构和光学特性进行了表征,结果表明所得晶体薄膜具有三维有序结构,其表面存点、线缺陷。自组装得到的光子晶体薄膜存在明显的光子带隙特征,带隙位置与二氧化硅胶体微球直径有关,带隙中心波长与理论值一致。随着二氧化硅胶体微球浓度的增加,光子带隙深度增加,特性更好,但是,当浓度大于10%时,光子带隙的深度反而减小。     

PS/TiO_2复合材料的蛋白石结构光子晶体制备及表征

以乳液聚合得到的单分散性聚苯乙烯(PS)微球为种子,利用原位溶胶凝胶技术在微球的表面上吸附上二氧化钛(TiO2)小颗粒,从而得到PS/TiO2复合微球的乳液,利用乳液的自组装得到了PS/TiO2复合材料的蛋白石结构光子晶体。比较了PS蛋白石结构光子晶体和PS/TiO2复合材料蛋白石结构光子晶体的透射谱,得出复合材料的光子晶体带隙特征比PS光子晶体的带隙特征强。     

SiO2光子晶体的制备及其在增强上转换发光的应用

用改进的St?ber法制备了均一分散的SiO₂微球。探讨了不同温度环境和正硅酸乙酯(TEOS)的用量对生成微球粒径大小的影响。用扫描电子显微镜、分光光度计、X射线衍射仪紫外-近红外吸收发射光谱仪等仪器对粉末和薄膜的形貌与光学性能进行表征。结果表明：随着温度的增加,微球的粒径不断减小。TEOS试剂的用量增加,生成微球的粒径也随之增加。讨论了不同温度的自组装环境对光子晶体自组装的影响。结果表明,当自组装温度为55℃时制备的二氧化硅光子晶体薄膜质量最高。用980 nm激发光对旋涂在玻璃基板和光子晶体上的上转换薄膜进行发光测试,红光发光增强1.72倍,绿光发光增强1.93倍。这是由于带隙位于激发光波段的光子晶体表面具有高光子态密度,能够增强发光粒子周围电磁场强度,提高了电子跃迁的几率,从而增强了荧光强度。     

高电荷密度聚苯乙烯微球的制备及胶体晶体组装

以甲基丙烯酸(MAA)为共聚单体,采用无皂乳液聚合法制备了单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)共聚微球,再在恒温恒湿条件下采用限制注射法制备出胶体晶体,最后对微球的组成、粒径大小及形态、表面电学性质、胶体晶体的显微形貌进行了测试分析。结果表明:制得的微球粒径均匀,球形度良好且呈单分散性,Zeta电势为–37.2mV;微球组装的胶体晶体排列有序,呈密堆积结构。     

二氧化硅胶体光子晶体的光学特性研究

采用垂直沉积法自组装SiO2胶体光子晶体,并利用紫外-可见-近红外分光光度计对胶体晶体的光学特征进行了研究。结果发现,二氧化硅胶体微球的浓度越大,光子带隙深度增加,透射率变小,但光子带隙中心波长位置保持一致。此外,当入射光以不同的角度入射到样品表面时,其透射光谱具有新颖的光学特性,其成因被探究。     

三维光子晶体的制备研究

由于光子晶体可用于制造无阈值激光器、集成光学中转弯曲率半径极小的光路等,已受到人们的广泛关注. 我们采用多种方法制备了微粒球密堆积的蛋白石和反蛋白石结构的光子晶体.包括:利用溶胶-凝胶技术合成出单分散的直径在200～300 nm的SiO2小球,采用"稳态单向对流聚集"法、重力沉积法和提拉法,制备了SiO2微粒球单层和多层的光子晶体.用单分散的直径为200 nm的聚苯乙烯(PS)微粒球,通过重力沉积的方法制备出蛋白石结构的光子晶体样品,然后在PS孔隙中渗入TiO2起始溶液,形成反蛋白石结构的光子晶体.通过反射光谱、透射光谱、扫描电镜等手段表征,证实了我们确实已得到了质量好的光子晶体.我们还结合"软印刷"技术制备了具有微图形的反蛋白石结构的光子晶体.利用聚苯乙烯微粒球制备了条状TiO2反蛋白石结构的光子晶体,用扫描电镜观察了其表面结构.用光纤直接将激光导入到条状样品中测量激光的衰减和激光波长的关系,发现激光衰减极大的位置与重力堆积的样品的透射谱极小处相符.实验表明使用软印刷技术为光子晶体在微光子学领域中的应用提供了一条新的可行途径.(OH1)     

中红外完全光子带隙Ge反蛋白石三维光子晶体的制备

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散二氧化硅（SiO2）微球组装形成三维有序胶体晶体模板。以锗烷（GeH4）为先驱体气,用等离子增强化学气相沉积法向胶体晶体的空隙中填充高折射率材料Ge。酸洗去除二氧化硅微球,得到Ge反蛋白石三维光子晶体。通过扫描电镜、X射线衍射仪和傅立叶变换显微红外光谱仪对锗反蛋白石的形貌、成分和光学性能进行了表征。结果表明：Ge在SiO2微球空隙内填充致密均匀,得到的锗为多晶态,锗反蛋白石为三维有序多孔结构。锗反蛋白石的测试光谱图有明显的光学反射峰,表现出光子带隙效应。测试的完全光子带隙位于中红外3.4µm处,测试的光学性能与理论计算基本吻合。     

垂直沉积法在GaAs衬底上制备有序SiO2胶体晶体

报道了一种利用直径为286nm的单分散SiO2胶体颗粒制备胶体晶体的方法。乙醇悬浮中的SiO2颗粒通过毛细作用力在垂直插入其中的GaAs衬底表面自组装成胶体晶体。扫描电子显微镜（SEM）和紫外-可见分光光度计对胶体晶体的形貌和光学特性进行了表征。结果显示,所得到的胶体晶体膜具有较好的三维有序结构。分析了退火对样品光子带隙的影响。     

High-quality SiO2 Colloidal Crystal Fabricated by Controllable Vertical Deposition Method

Monodispersed silica microspheres with diameter of 353 nm were assembled into photonic crystal in ethanol colloidal suspensions of varied silica volume fraction at different temperature and humidity by means of controllable vertical deposition method. The surface morphology and optical properties were studied by SEM and UV-Vis-NIR. It was found that the high quality silica colloidal photonic crystals were obtained from ethanol solutions with environment temperature between 45℃ and 55℃, humidity between 66% and 76%, the volume fraction of microspheres is between 0.8% and 1.5%, The ordered close-packed photonic crystal fabricated by controllable vertical deposition method had the two photonic bandgaps in the visible light band and near infrared band,     

Si/C60多层膜一维光子晶体的光学特性

The feasibility of using Si/C60 multilayer films as one-dimensional （1D） photonic band gap crystals was investigated by theoretical calculations using a transfer matrix method （TMM）. The response has been studied both within and out of the periodic plane of Si/C60 multilayers. It is found that Si/C60 multilayer films show incomplete photonic band gap （PBG） behavior in the visible frequency range. The fabricated Si/C60 multilayers with two pairs of 70 nm C60 and 30 nm Si layers exhibit a PBG at central wavelength of about 600 nm, and the highest re？ectivity can reach 99%. As a consequence, this photonic crystal may be important for fabricating a photonic crystal with an incomplete band gap in the visible frequency range.     

Optical properties in 1D photonic crystal structure using Si/C60 multilayers

The feasibility of using Si/C60 mulfilayer films as one-dimensional(1D)photonie band gap crystals was investigated by theoretical calculations using a transfer matrix method(TMM).The response has been studied both within and out of the periodic plane of Si/C60 multilayers.It is found that Si/C60 multilayer films show incomplete photonic band gap(PBG)behavior in the visible frequency range.The fabricated Si/C60 multilayers with two pairs of 70 am C60 and 30 nm Si layers exhibit a PBG at central wavelength of about 600 nm.and the highest reflectivity call reach 99%.As a consequence,this photonic crystal may be important for fabricating a photonic crystal with an incomplete band gap in the visible frequency range.     

ZnO光子晶体的制备及其光子带隙特性研究

利用重力场下的自组装,将单分散的ZnO胶体颗粒悬浮液自组装为三维光子晶体.通过扫描电镜图谱、透射光谱对制得的ZnO光子晶体进行了表征.结果表明,这种方法可得到排列有序的光子晶体,并且改变反应条件可以控制ZnO胶体球的尺寸.制得的样品有较宽的光子禁带,且禁带波长位置随胶体球粒径的减小和前处理温度的降低而蓝移.当入射光角度逐渐增大时,禁带中心位置有规律地向短波长方向移动.     

1维时变磁化等离子体光子晶体的密温特性

为了研究1维时变磁化等离子体光子晶体禁带的温度和密度特性,采用在等温近似的条件下,磁化等离子体的分段线形电流密度卷积时域有限差分算法研究了1维时变磁化等离子体光子晶体的禁带特性。以高斯脉冲为激励源,用算法公式得到的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间、温度、等离子体层密度对其禁带特性的影响。结果表明,改变等离子体上升时间和等离子体层密度可以实现对禁带的控制。这一结果对设计磁化等离子体光子晶体器件有帮助。     

温度、密度对磁化等离子体光子晶体的影响

为了研究温度、密度对磁化等离子体光子晶体禁带特性的影响,采用在等温近似的条件下,磁化等离子体的分段线形电流密度卷积时域有限差分算法研究了1维磁化等离子体光子晶体的禁带特性.以高斯脉冲为激励源,用算法公式得到的电磁波透射系数来讨论了温度、等离子体层密度对其禁带特性的影响.结果表明,改变温度和等离子体层密度分布可以实现对禁带的控制.