供稿人:赵廷泽、连芩 发布日期：2018-03-07
光子晶体是一种人造周期排列的电解质结构，这种结构本身存在“禁带”，即某一频率范围的波不能在此结构中传播，将此“禁带”称为光子带隙。但是当光子晶体结构中存在缺陷时，会对其光子带隙产生影响。日本大阪大学的Soshu KIRIHARA对光子晶体中分别引入点缺陷、面缺陷，研究其光子带隙特征，并制造了一种太赫兹波谐振器。
作者通过光固化原型设备和脱蜡烧结的方法得到晶格常数为375μm的金刚石结构氧化铝陶瓷光子晶体，如图1所示。在该光子晶体中制造一个如图2所示的空心立方点缺陷，透射光谱分析观察到在其光子带隙中出现两处透射率的峰值（图3）。孪晶结构面缺陷的结构及其透射光谱检测结果如图4所示。
图1 制造设备与氧化铝陶瓷光子晶体结构
图2 引入空心立方缺陷的金刚石结构的氧化陶瓷铝光子晶体
图3 引入点缺陷的光子带隙
图4 （a）交界面为（100）的孪晶结构氧化铝光子晶体及其检测结果，（b）交界面为（111）的孪晶结构氧化铝光子晶体及其检测结果
作者建立了如图5所示的太赫兹波谐振器，其中光子晶体被两片160μm厚的石英板隔开，石英板间距150μm，使用丙烯酸树脂和光敏树脂封装后，利用导管别向微腔中注入蒸馏水和乙醇灌入石英板之间的微腔。通过透射光谱图分析，见图6，可见两种液体有着明显区别。因此，该技术有望用于检测天然水相环境中的成分变化。
图5 太赫兹波谐振器结构
图6 器件微腔中分别为蒸馏水和乙醇时的太赫兹