一維鐵電陶瓷光子晶體的設(shè)計(jì)與制備.pdf

1、鐵電陶瓷基光子晶體具有折射率高，在外場激勵作用下發(fā)生鐵電相變，從而改變光子晶體的折射率比，進(jìn)而調(diào)節(jié)光子晶體帶隙的特點(diǎn)，可用于研究以帶隙可調(diào)光子晶體為基礎(chǔ)的光開關(guān)、光調(diào)制器、光濾波器等，具有廣泛的應(yīng)用前景。目前有許多方法用于制備一維陶瓷基光子晶體，溶膠凝膠法（Sol-Gel）和磁控濺射是較為成熟且經(jīng)濟(jì)的鐵電薄膜制備方法，適合于制備多層膜結(jié)構(gòu)光子晶體。本文對鐵電陶瓷基光子晶體進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，根據(jù)仿真結(jié)果，分別采用Sol-Gel法和射頻磁控濺射

2、法制備一維多層膜鐵電光子晶體，并分別對其結(jié)果進(jìn)行討論。
　　首先，由于PLZT和ZnO兩種材料的折射率差較大，熱膨脹系數(shù)相近，熱處理溫度較接近，故本文主要選取PLZT和ZnO兩種材料制備一維多層膜鐵電光子晶體。同時選取高電光特性的BST材料和ZnO材料制備一維多層膜鐵電光子晶體與其進(jìn)行對比研究。采用OptiFDTD仿真軟件對PLZT/ZnO和BST/ZnO一維多層膜鐵電光子晶體進(jìn)行光譜性能的模擬。設(shè)定的禁帶中心波長為光通信波段15

3、50nm，周期數(shù)為5，PLZT、BST、ZnO分別對應(yīng)的厚度為155nm、176nm、204nm，結(jié)果表明：PLZT/ZnO和BST/ZnO一維多層膜鐵電光子晶體禁帶寬度分別為156nm和95nm。影響多層膜一維鐵電光子晶體性能的主要因素是兩種材料的折射率差，折射率之差越大，一維鐵電光子晶體禁帶越寬，在禁帶中心處對光的抑制作用越強(qiáng)。
　　其次，利用上述仿真結(jié)果，采用Sol-Gel法制備一維多層膜PLZT/ZnO鐵電光子晶體，Sol

4、-Gel法制備PLZT薄膜、ZnO薄膜分別對應(yīng)的厚度為155nm、204nm，其對應(yīng)的燒結(jié)溫度較為相近分別為650℃、750℃，周期數(shù)為5。結(jié)果表明：制備的一維多層膜PLZT/ZnO鐵電光子晶體禁帶中心位于～1500nm，在禁帶中心處光透過率為54％，可見在波谷處對光存在一定的抑制作用，但光子晶體禁帶特性并不十分明顯，主要由于Sol-Gel法制備的薄膜表面粗糙度較大。
　　最后，采用射頻磁控濺射法制備PLZT/ZnO和BST/Zn

5、O一維多層膜鐵電光子晶體，周期數(shù)為5，PLZT、BST、ZnO分別對應(yīng)的厚度為155nm、176nm、204nm。且PLZT/ZnO和BST/ZnO多層膜對應(yīng)的燒結(jié)溫度均為700℃。結(jié)果表明：PLZT/ZnO和BST/ZnO一維多層膜鐵電光子晶體禁帶中心位置分別位于～1490nm和～1400nm處，且禁帶中心處光的透過率分別為49％和52％。與FDTD仿真結(jié)果相仿，折射率相差較大的一維PLZT/ZnO光子晶體禁帶較寬，且對光的抑制作用較