2025年光子晶体的制备及其在光电子学中的应用.pdf

老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。——唐·王勃

光子晶体的制备及其在光电子学中的应用

光学晶体是由一定的原子和分子结构所组成的，具有对光的调

控和传播能力。在光电子学中，光子晶体作为光学材料的一种，

具有精巧的结构和优异的性能，被广泛地应用于光学通信、激光

器、光导管、传感器等领域。本文将对光子晶体的制备及其在光

电子学中的应用进行探讨。

一、光子晶体的制备

制备光子晶体的方法主要有两种：自组装法和非自组装法。自

组装法是指利用物质自身的物理和化学特性，在无外力干扰的情

况下自组装组成光子晶体。非自组装法则是利用电子束刻蚀、光

刻、溶胶-凝胶法等物理和化学方法制备光子晶体。

1.自组装法

自组装法是指在温和条件下，无需辅助外场作用下，通过自组

装的方式形成一定的空间结构。经过几十年的发展，自组装法已

经成为制备光子晶体的主要方法之一，具有工艺简单、制备周期

短、成本低等优点。

吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎?与朋友交而不信乎?传不习乎?——《论语》

（1）溶剂挥发法

溶剂挥发法是通过选择合适的溶剂，在温和的温度下，通过挥

发的方式形成一定的聚合物结构。经过多次实验的探讨，发现正

庚烷、六氟异丙醇等有机溶剂在制造光子晶体方面有很好的效果。

（2）水热法

水热法是指将原料放入水中，在一定的压力和温度下，通过还

原、氧化等物理和化学反应，形成光子晶体结构。其制备光子晶

体的方法工艺简单、条件温和，同时得到的产品质量优异。

2.非自组装法

非自组装法是指在外场作用下，通过物理和化学性质发生反应，

制造出一定的空间结构。其制备光子晶体的方法包括电子束刻蚀

法、光刻法、溶胶-凝胶法等。

（1）电子束刻蚀法

博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。——《礼记》

电子束刻蚀法是指通过电子束照射，将材料的表面进行刻蚀，

形成一定的三维结构。其在制造光子晶体方面精度高，对于空间

结构的控制较好，具有很高的制备效率。

（2）光刻法

光刻法是指将光敏化剂敷在需要制造的材料上，通过选择合适

的紫外线波长，将光敏化剂的图案发送出去。经过辐照后，光敏

材料会发生物理和化学性质的变化，形成一定的三维空间结构。

二、光子晶体在光电子学中的应用

光子晶体具有精巧的结构和优异的性能，被广泛地应用于光电

子学中，下面将分别阐述其应用领域。

1.光学通信

光子晶体的结构能够控制光的传播和成像，可以将光束分离和

调节成不同的角度，从而在光学通信领域具有更广泛的应用。光

穷则独善其身，达则兼善天下。——《孟子》

子晶体减振滤波器是光学通信领域中一个重要的应用方向，通过

技术手段将光源发射的光波，通过光子晶体的作用，将其滤波掉

不需要的波长，达到信息传输的目的。

2.激光器

光子晶体在激光器中的应用是制造强激光器的利器，通过控制

光子晶体的结构，可以对激光器的波长、频率和发射方向进行调

控。光子晶体间隙腔激光器是利用光子晶体缺陷处的间隙腔进行

放大，从而获得高品质的激光器。光子晶体通过其纳米结构和近

回路等特点，在激光器制造过程中有着不可忽视的优势。

3.传感器

光子晶体在传感领域的应用主要是通过光子晶体的结构和物理

特性，探测材料的波长、发射强度等。通过定制光子晶体材料的

结构，可以制造成