激光打印胶体光子晶体微结构

Colloidal photonic crystals (CPCs), due to its easy and cost-effective fabrication, have many important applications such as sensing, image displays, information computation and transmission. However, it lacks the good control of its growth and the methods to create defects and pattering in CPCs are quite complicated and not compatible with one another. In this proposal, near-field laser direct writing technique is applied to precisely etch each building block in CPCs. This utilizes the near field feature of CPCs to break the diffraction limit of light so that precise control of the defect structures in CPCs can be achieved. In such a way, point defects, waveguides, and micropatterns can all be introduced in the CPC system based on single optical process, which is important for photonic crystal circuits coupling and integration.

胶体光子晶体薄膜制备简单且廉价，在光学传感、显色、信息处理与传输等方面具有重要的应用价值。但是该类光子晶体生长的可调控性较差，缺陷结构的引入以及微图案化处理的手段较为复杂，且不具备兼容性。本课题拟以胶体光子晶体为研究对象，利用近场光学刻蚀的原理，采用激光直写的手段，对单个结构单元可控精准刻蚀。这种利用光子晶体自身近场特性来进行光学加工的方法能够有效突破光学衍射极限，对胶体光子晶体的缺陷结构进行精确调控，从而实现点缺陷、一维波导以及微图案结构的一体式写入，为光子晶体器件的耦合与集成奠定重要基础。

光子晶体又被称为光的半导体，因其在光子计算方面具有基础性的作用在21世纪初备受关注。但是由于受到加工成本的限制以及三维光子带隙实现的困难，其最近几年发展遇到瓶颈性挑战。胶体光子晶体薄膜制备简单且廉价，在光学传感、显色、信息处理与传输等方面具有重要的应用价值。但是该类光子晶体生长的可调控性较差，缺陷结构的引入以及微图案化处理的手段较为复杂，且不具备兼容性。本项目以胶体光子晶体为研究对象，利用近场光学刻蚀的原理，采用激光直写的手段，对单个结构单元可控精准刻蚀。这种利用光子晶体自身近场特性来对聚苯乙烯胶体颗粒进行光学刻蚀，产生单个结构单元的缺陷结构，并对缺陷的大小进行精确调控，从而实现点缺陷、一维波导以及微图案结构的一体式写入，单个像素点的尺寸小于1微米，为光子晶体器件的耦合与集成奠定重要基础。与此同时，我们还进一步拓展了基于近场光学的激光直写微纳加工技术，将其运用到等离激元微纳结构的调控之中，形成了丰富的技术手段和应用前景，为复杂微纳光学结构的制备提供了新的手段。