铁电基布拉格反射镜和光学微腔的性能优化、参数提取及工作频率动态调控的研究

具有电光效应的铁电氧化物是制作特性参数动态可调光子器件的理想材料，如何将它们构筑成一维周期结构是当前人们关注的热点。面向我国"载人航天与探月工程"重大专项关于探测技术的高灵敏和新型光学功能应用需求，我们创新性地发展了一种基于单一化学溶液制备周期性铁电多层膜的技术。然而，目前获得的铁电布拉格反射镜和光学微腔存在峰值反射率不够高，带宽窄，品质因子低等问题，器件的参数提取和动态调控研究有待深入开展。本项目将着重考察聚合物种类、含量、分子量，晶化温度等因素对铁电多层膜微结构和光学特性的影响，优化工艺条件和器件结构，提高反射镜和光学微腔的光学性能；建立提取致密/疏松铁电膜层折射率及厚度的方法；探索低电阻率铁电材料的制备工艺，实现光子器件特征参数的动态调控。项目研究成果对推动铁电物质在光子带隙工程领域的应用，丰富非均匀相铁电材料物性研究以及在光子带隙的研究源头形成系列核心知识产权等都具有重要意义。

近年来，利用铁电物质构建低维光子材料已成为国际上的研究热点之一。面向我国“高分辨率对地观测系统”与“载人航天与探月工程”重大专项关于探测技术的高灵敏和新型光学功能等需求，面向红外隐身和星载高性能滤光片的应用背景，我们创新性地发展了一种基于单一化学溶液制备周期性铁电多层膜的技术。为获得最优的铁电布拉格反射镜和光学微腔等光子器件的性能，实现光子器件特征参数动态调控，2010年，我们申请了国家自然科学基金项目《铁电基布拉格反射镜和光学微腔的性能优化、参数提取及工作频率动态调控的研究》，并得到资助。资助额度：55万元人民币；项目执行时间：2011.1－2013.12。在过去三年里，我们严格按照任务计划书的要求，认真组织、实施了项目的各项研究内容。围绕聚合物含量、分子量、种类，溶液浓度，热处理温度，热处理步骤等因素对铁电多层膜微结构和光学性能的影响；铁电多层膜中致密、疏松层的折射率与厚度参数的提取；低电阻率铁电材料制备工艺研究；峰值反射率中心波长和腔模频率动态调控方法以及外电场作用下铁电多层膜的光学特性等主题内容开展了重点探索和研究，取得了若干进展和突破。目前，已发表各类论文共计25篇，包括SCI论文17篇，会议论文6 篇，博士学位论文2篇，其中影响因子大于3 的有3 篇，大于2 的有8篇；申请与授权中国发明专利6项；共培养博士生4名，博士后1名。项目研究成果将有利于促进铁电材料在光子带隙工程领域的应用，实现光、机、电一体化。周期性铁电多层是一种新的材料结构，拥有大量新的物理现象和材料性能，为凝聚态物理和相关科学的研究提供一个很好的材料体系，对活跃铁电光子材料基本性质研究具有积极意义；关于铁电薄膜的形貌随热处理温度的演化研究结果对如何通过一种化学溶液将非铁电性材料构筑成法珀里奇结构或近周期性结构具有指导作用；而利用外加电场实现光子器件特性参数动态调控的研究结果，为极端条件下工作的光子器件如何实现归零补偿提供了一个很好的解决方案。