1.三维光子晶体内部球形缺陷定量成型的研究方法,其特征在于,所述三维光子晶体的表面具有二维阵列圆柱孔,所述研究方法包括以下步骤:步骤一:建立三维光子晶体的相场模型;
步骤二:建立系统表面能方程;
步骤三:选定二维阵列圆柱孔的直径D和孔径距离Ds不变,不断改变圆柱孔的深度H,调整H/D的极限条件,以获取三维光子晶体的系统表面能与所形成的球形缺陷空腔的定量关系;
所述相场模型包括能量、动力及成分相;
所述能量包括自由能、化学能及界面能;所述动力包括原子扩散和迁移过程;所述成分相包括介质相和空气相;
所述建立三维光子晶体的相场模型,包括:定义c1(x,y,z,t)表示介质相,c2(x,y,z,t)表示空气相;参数c1、c2随时间在空间上的变化反映了三维光子晶体内部微观结构的演化过程;
微观系统的总自由能G表示为:
G=∫V[Fbulk+Fint]dV (1)其中,Fbulk代表了系统中的体积能,Fint代表了系统的表面能;
系统中总自由能G需要满足达到平衡状态下的不等式:即系统达到平衡状态需要满足的条件为总自由能需要随时间变化而减小;
对于介质相c1,这一场变量来说,上述不等式(2)改写为:介质相c1随时间变化扩散与其在空间上产生的扩散通量 的关系有:则上述不等式(3)转化为:
结合恒等式: 上述不等式(5)转化为:结合上述不等式(4)和(6)得到方程:其中, 为介质相c1的迁移率;定义 为系统中的化学势能,用Uch表示,则系统中的场变量c1随时间变化的函数方程为:所述建立系统表面能方程,包括:
系统的表面能方程为E=FA;其中,F为表面张力,即介质粒子在进行定向运动时的驱动力,为常量;A为圆柱孔的表面积;
由表面积 推导出系统表面能和圆柱孔深度H之间的关系式为:所述二维阵列圆柱孔形成定量为N=1的球形缺陷极限条件为5≤H/D≤10;
所述二维阵列圆柱孔形成定量为N=2的球形缺陷极限条件为10<H/D≤20;
所述二维阵列圆柱孔形成定量为N=3的球形缺陷极限条件为20<H/D≤30;
所述H/D的比值与二维阵列圆柱孔形成球形缺陷空腔的数量N之间的关系表达式:结合上述式(9)和(10)得到三维光子晶体的系统表面能与所形成的球形缺陷空腔的定量关系为: