反蛋白石结构ZnO、TiO2光催化薄膜的制备及其性能研究(3)
图1.1 通过逐层叠加法制作的硅介质光子晶体
目前，2D光子晶体的制备工艺有光刻蚀、电化学刻蚀、电子束和聚焦离子束刻蚀等。通常在制备2D光子晶体时，常采用多种方法相结合。Kral 等［5］用光刻法结合电化学刻蚀法方法，在硅片上制备了高度有序排列的2D孔结构。张晚云等［6］以硅片为基片，采用电化学方法并结合光刻技术与碱性腐蚀工艺制备了2D大孔硅光子晶体。
近年来，制作三文光子晶体方法有多种：重力沉降、垂直沉降、电泳沉积、离心沉积和涂覆沉积等。其中自组装法式最常用的方法之一，其工艺简单且成本较低，不像机械法需要依赖特殊的设备和昂贵的加工成本。自组装法是利用重力、毛细管力、电场力、离心力等外力作用来实现颗粒按所需要的要求定向运动。
1.1.3 光子晶体的用途
光子晶体是一种很“年轻的”、“充满活力的”、相对前沿的材料，是在未来有望掀起一场新技术革命的新材料。光子晶体在光学、太阳能电池、传感器、通讯技术、催化以及仿生材料等领域有的广阔的应用前景。
a.光子晶体光纤和光子晶体波导
目前，全硅单模光子晶体光纤被成功研发，这是一种Si一空气孔二文光子晶体。其原理是光波入射到具有光子带隙的材料表面会产生全内反射。此后，人们成功研制了光子带隙光纤，其结构同样为Si一空气孔二文周期排列，但空气孔在Si 中的排列呈峰窝状。这种光纤的原理是利用光子带隙对光子限域传播。同时另一种光子带隙光纤也被成功研发，在上述结构的中心有一较大的孔，光波就在中心孔中传导且无损耗。此外，利用光子晶体的原理可制作光子晶体导波器，此类波导的弯曲度很大, 能量损失较，便于集成化。
b.光子晶体滤波器
利用光子晶体的禁带特性, 可以制作高质量的滤波器。扰动光子晶体可制作禁带通道极其窄的滤波器；金属-电介质薄膜结构光子晶体可制作金属带隙式的滤波器。这两种滤波器的实验结果表明其光波衰减均达到35dB。
c.光子晶体偏振器
利用不同偏振态的带隙结构的差异原理可以制作偏振器件。目前，已经能制作能够控制偏振态的二文光子晶体激光器。
d.高效发光二极管
利用光子晶体对自发辐射的控制作用, 并且使受控制的自发辐射按照引导波导发光，则能得到高效的发光二极管。由于周围介质反射吸收，一般的发光二极管会产生能量损耗，而光子晶体二极管克服了这个缺点。
e.仿生领域
光子晶体在仿生领域也有重要应用。虽然人类研究光子晶体的历史不过短短几十年，然而自然界中光子晶体已然早已存在几千年。如霓虹脂鲤的鳞片、蝴蝶的翅膀、孔雀的羽毛以及天然的蛋白石。利用光子晶体对仿生学方面进行研究，不仅能了解生物界的长期进化过程，而且能够从生物体精巧的自组装中得到启发，从而研发出益于人类的新材料。
近年来，光子晶体得到了越来越多的关注。然而，发展光子晶体应用仍需要更多的探索实践。要使光子晶体得到广泛的应用，需要解决以下几个问题：
a.制作在可见光范围内（波长可控）能产生光子带隙的光子晶体存在困难。
b.解决在任意位置引入所需的可控缺陷的问题
c.实现高效光电转换率存在的技术问题。
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