中文摘要：

从建立可提供稳定可控生长环境的磁控自组装系统入手，实现高质量有、无磁性椭球形胶体颗粒三维光子晶体的自组装，掌握外磁场大小、椭球纵横比、蒸发温度和压强等的改变导致的光子晶体光学性能的变化规律。运用显微荧光和时间分辨技术研究这些新型光子晶体对其表面和内部量子点自发辐射的调控行为，探索光子晶体表面态和光子带隙对量子点自发辐射及偏振态调控的物理机制、光子晶体表面和内部量子点自发辐射抑制和增强的条件；在椭球形结构基元三维光子晶体中引入荧光微球介电无序，观察光子晶体从有序逐渐向无序过渡时，光子能隙的演变过程、光局域化的动态过程及荧光微球自发辐射的动态变化过程。同时，通过理论分析与实验相结合的方法，设计和实现一些与偏振相关的新型光学器件。本项目的研究，有助于实现对自发辐射偏振模式的控制、揭示光与物质作用的本质，为高质量椭球形结构基元三维光子晶体的制备、性能研究及应用技术的发展奠定理论基础和提供实验指导。

结论摘要：

光子晶体能够利用其带隙效应和缺陷效应实现对光的自由操纵和控制，在量子信息处理、光信息处理以及生物传感等许多领域具有广泛的应用前景，是近年来研究的一个热点。本课题的创新点在于实现或揭示1）建立了一套简单、可重复性高的磁控自组装系统来实现有、无磁性椭球形胶体颗粒的高质量三维光子晶体的组装，首次实现了非磁性椭球颗粒的三维光子晶体自组装，并掌握了外磁场大小、蒸发温度及压强等的改变导致的光学性能和光子带隙的变化规律。2）从有序逐渐向无序过度时，光子晶体的光子能隙呈现先增强后减弱并直至消失的变化趋势，光局域化也呈现出相同的动态过程。3）三维光子晶体对其内部和表面量子点的自发辐射及其动态衰减行为进行很强的调控作用，对其内部发光材料的发光具有很强的抑制作用，但对其表面发光体发光辐射的调制，随着发光体离光子晶体表面距离的增加，其发光调制行为呈现出周期性的变化趋势，这种变化趋势主要与光子晶体的表面态有关。4) 当在光子晶体中引入荧光微球介电无序时，一方面，光子晶体的光子能带、光局域化出现了动态的变化过程；另一方面，随着荧光微球浓度的增加，光子晶体光子能带的退化将导致荧光微球发光辐射峰的分裂-合并现象，且辐射主峰出现明显的红移现象。5）基于二维光子晶体，制备了类椭球的胶体晶体-等离子体晶体复合结构，理论计算和实验测试显示此类结构系统具有超完美的宽带吸收或超完美的窄带/宽带光学透明、多谱线光学透明特性。6）椭球结构基元取向的不同导致椭球光子晶体的光学行为也会不同，长轴沿水平方向时，椭球纵横比的增加导致其透射行为出现明显的红移且透射强度增加，而当其沿竖直方向时，只有明显的蓝移现象产生。7）开展了与偏振有关的新型光子晶体光学器件（如传感器件、滤波器、波分复用、光开关等）的设计、优化和完善。8）通过结合自组装法、离子束辅助镀膜法、以及高温退火等方法，制备了热点高度密集且分布均匀的表面增强拉曼散射基底，获得了强的拉曼散射信号。9）基于二维光子晶体结构，设计了一系列金属连续薄膜结构，研究了这些结构的异常光学行为，包括单一频带的超透射、完美抗反射、完美窄带吸收以及多谱线的等离子体诱导透明行为。以上研究为新型光子晶体的制备、应用和发展提供了理论基础和实验依据。