供稿人：杨飞，连芩 发布日期：2017-04-21
光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体，具有波长选择的功能，可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过。日本大阪大学连接和焊接研究所的Soshu Kirihara利用陶瓷面曝光成形打印技术制造出具有金刚石结构的光子晶体，并探索其制造太赫兹波谐振器的可行性。
研究人员首先设计金刚石结构模型(晶格常数500μm，电介质晶格的纵横比为1.5)，总尺寸为5mm×5mm×5mm，由10×10×10个晶胞组成。然后将平均粒径170nm的氧化铝陶瓷颗粒均匀混合在光固化树脂中，以面曝光成型方式打印。
(a)面曝光成形原理
b) 光子晶体素坯及均匀分散的陶瓷颗粒(c)烧结后的光子晶体及表面微结构
图1 面曝光成形的光子晶体
打印的光子晶体素坯(图1)经过脱脂(600℃，2h)和烧结(1500℃，2h)后，其晶格常数为375μm，垂直方向线性收缩率为23.8%，水平方向收缩率为24.6%，相对密度达到了99%，平均晶粒尺寸为2μm，光子带隙为0.4到0.47THz。实验结果表明晶格结构在脱脂烧结过程中所有晶向上收缩一致，没有任何方向变形。
研究人员利用所制造的太赫兹波谐振器(图2)进行了透射光谱测试。测试结果(图3)显示其光子带隙范围和理论计算结果相互吻合，表明所打印的带有微晶格的光子晶体谐振器可被用作太赫兹波长滤波器。
图2 制造的太赫兹波谐振器
(a)透射光谱测试结果 (b)太赫兹波时域光谱和微磁传输线理论的计算结果
图3 谐振器透射光谱测试