具有三维周期性孔结构的多孔氧化铝片的制备和光学特性的实验研究

本项目拟采用价格低廉的电化学阳极氧化方法可控地制备出宏观尺度的具有三维周期性孔结构、在可见光到红外波段具有入射光截止带的多孔氧化铝片，可控地调节其孔间距、孔径等。深入、系统地研究这种多孔氧化铝片的孔结构与入射光截止带之间的关系，通过可控地调节片中的孔间距、孔径等来调节入射光截止带的位置。人为引入孔缺陷，研究孔缺陷和由其引起的相关的光学性能。以期实现可控地对入射光进行调制。探索采用入射光截止带和由孔缺陷引起的缺陷峰对气体和液体的探测。

“具有三维周期性孔结构的多孔氧化铝片的制备和光学特性的实验研究”(编号：11074254)项目得到国家自然科学基金的资助，科研工作从2011年1月开始，至2013年12月结束。.将折射系数不同的电介质材料在空间按一定周期排列时，如果这种空间排列的周期和光波长相当时，因为周期性所带来的布拉格散射，将能够对一定频率范围内的入射光波具有调制作用，产生入射光截止带。人们将这种具有入射光截止带的结构叫做光子晶体。这些介电常数不同的材料的形状可以是颗粒状、丝状、层状等，它们的形状、大小、位置等都对入射光截止带的特性有重要影响。如果在此周期结构中形成点缺陷，光就会被局域在这个点缺陷附近，其行为就像一个微谐振腔，如果形成的是线缺陷，其行为类似于光波导。.人们对光子晶体已经从理论上进行了深入的研究，取得了好的结果，然而，实验工作相对滞后，现有的制备方法存在着一定的不足，难以制备出完好的宏观尺度的光子晶体。本项目瞄准阳极氧化铝光子晶体开展实验工作。.已报道的具有周期孔结构的阳极氧化铝光子晶体在光学性能上存在诸多不足之处，如对频率落在带隙范围的光波不能完全反射，对非带隙波段的光的透射率较低、光子带边不陡峭等问题，入射光截止带较宽等。这些都与所制备的样品的结构不一致有关，将影响到这种类型光子晶体的后期应用，解决这些问题势在必行。.本项目从改进制样条件着手，发展了多种阳极氧化方法，制备了结构均一的阳极氧化铝光子晶体，得到了几乎完全反射的入射光截止带，带隙非常窄，带边陡峭，并且，入射光截止带可以在可见光直至红外范围调控，制备了含有缺陷的氧化铝光子晶体。进一步地，本项目的研究表面，所获得的氧化铝光子晶体可以在光学传感方面获得应用，含有缺陷的氧化铝光子晶体可以在防伪、标记方面得到应用。本项目首次在氧化铝光子晶体中观察到法诺共振现象。初步探讨了由氧化铝光子晶体组成的异质结，有望在光传输方面获得应用。.本项目研究共在SCI刊物上发表学术论文9篇，其中在影响因子大于3的杂志上发表5篇。申请发明专利6项，在这一时间段内授权的发明专利4项。有4名博士生和1名硕士生毕业。