文档介绍：项目名称:
人工带隙材料的物理机制、制备及应用研究
首席科学家:
资剑复旦大学
起止年限:
2004年6月至 2006年8月
依托部门:
上海市科委
一、研究内容和课题设置

1. 人工带隙材料的物理过程和新现象、新效应
研究人工带隙材料的带隙结构及缺陷模的形成机理,发展完整和有缺陷的人工带隙材料中波传播的散射理论,包括平面波展开、多重散射和有限差分时域理论;研究带隙结构与构成单元材料及其对称性的关系;研究周期调制下的Bloch波的传播、发射和吸收特性;开发微波、近红外和可见光区的全带隙光子带隙材料的材料设计系统。研究非线性人工带隙材料中带隙的引入对二阶和三阶非线性过程的影响及效应。发展全光集成光路中光子带隙材料波导和微腔的理论体系;发展光子带隙材料的红外辐射调制理论。发展和完善声波在人工微结构材料中的激发和传播理论,研究声子带隙材料的物理特性以及其中的光-声、电-声耦合效应,发展声学器件的微结构设计方法。
2. 人工带隙材料的制备3. 和表征
建立微加工技术(x射线、电子束和离子束刻蚀),制备全带隙光子带隙材料,研制波导和光纤人工带隙材料,,研制针对全光型通讯的密集波分复用所需要的特殊材料和结构,为实现全光通讯提供关键器件和解决方案。研制对人体无辐射损害的微波通讯用无背辐射平面天线所需的微波光子带隙材料。
发展微球包裹及其自组装技术,研究多种材料化学合成和填充技术,研制红外和可见光区的全带隙光子带隙材料,为实现控制光子流动和研制零阈值激光器提供关键材料。
发展和完善晶体生长条纹技术、室温极化技术和多层膜生长技术,制备非线性光子带隙材料和声子带隙材料。
发展基于MBE、激光MBE、MOCVD、溶胶-凝胶、溅射等人工带隙材料的制备及其缺陷的引入和控制技术。制作红外隐身光子带隙材料。
探索针对不同波段的人工带隙材料的制备方法和工艺,建立一套制备人工带隙材料的高效、低成本、有自主知识产权的制备技术。研究针对不同波段的人工带隙材料的表征方法,为改进制备技术和应用奠定基础。
利用包括AFM、TEM、SEM、HREM、STM、FIB以及微区Raman、FTIR、紫外-可见-红外分光光度计等各种微结构表征手段,研究材料的微区性质,为材料制备和器件制备提供依据。
4. 人工带隙材料的应用研究
利用人工光子带隙材料中的新现象和新效应,针对当前和下一代光通讯密集波分复用的关键器件,设计和制作新型上载/下载频道滤波器、微腔和波导,探索全光集成的可能性。
设计和制作新型微波通讯用器件,如对人体无辐射损害的光子带隙材料平面天线滤波器、波导,探索在光子带隙材料基础上研制智能化相控阵平面天线的可能性。
发展声子带隙材料的微结构设计系统,研制常规方法无法实现的各种新型声学材料和器件。
根据国家空间卫星工程需求,研制空间光电技术中的高可靠性超窄带滤光片、窄带超低透光子元件和双通道光子分光元件。研究利用光子带隙材料制作红外隐身材料的理论和技术。
研究光子带隙材料在新型光源中的应用,如无阈值或低阈值光子带隙材料微型激光器,非线性光子带隙材料高效倍频和三倍频光源等。
(具体说明每个课题的主要研究内容、目标、承担单位、课题负责人及主要学术骨干、经费比例等)
课题设置的思路是:紧密围绕提出的总体目标和五年目标,在我们有特色和优势的有限目标取得基础研究突破,并在此基础上以国家需求为牵引,进行应用探索研究。课题的设置分为基础性、应用基础性和需求性三个层次,具体分解成以下八个课题,各课题相互之间有机结合、相辅相成。
1. 光子带隙的形成机理、传播、发射和吸收特性
主要研究内容:
通过理论和实验手段,深入了解光子带隙材料的带隙结构的形成机理,与组成单元的物理特性和对称性以及与组成单元之间拓扑连通性的关系。深入研究光子带隙材料中光波的传播、发射及吸收特性。研究特殊微结构中的新现象和新效应,并探索将这些新效应和新现象应用于国防科技中的具体途径。
研究光子带隙材料对红外辐射的调制作用,利用带隙结构来抑制金属的红外辐射,建立基于光子带隙材料的红外隐身的理论和设计软件,并从实验上制作可以抑制金属红外辐射的光子带隙材料。研究光子带隙材料对热辐射的调制特性,探索抑制或增强热辐射的新效应,从实验上制作相关的光子带隙材料,同时积极探索在国防和民用上的可能应用前景。
研究通过外场实现光子带隙的可调,并探索利用其物理特性实现新型光学器件的可能性。制备可通过外场实现光子带隙可调的光子晶体。
研究目标:
? 建立光子带隙材料带隙结构、传播特性、特殊微结构设计的模拟软件系统,? 发现其中的新现象和新效应。
? 发展基于光子带隙材料的红外隐身理论,? 制作对红外辐