基于光子晶體的低通空間濾波器研究.pdf

1、在高功率激光系統(tǒng)中,空間濾波器是一個(gè)非常重要的光學(xué)器件。傳統(tǒng)的空間濾波器采用4F空間濾波系統(tǒng),它體積龐大、不能近場(chǎng)濾波且工作在真空環(huán)境。光子晶體空間濾波器是一種非聚焦、非真空工作、即插即用的新型空間濾波器,能夠有效克服4F空間濾波系統(tǒng)的不足。本文首先闡述了光子晶體的研究現(xiàn)狀,介紹了光子晶體理論研究中的數(shù)值計(jì)算方法并提出一種基于時(shí)域有限差分法計(jì)算角度透射譜的新方法,然后基于光子晶體中的異常折射現(xiàn)象,對(duì)光子晶體低通空間濾波器的設(shè)計(jì)展開研究。

2、論文的主要內(nèi)容如下:
　　 第一,通過構(gòu)造具有光疏性質(zhì)的光子晶體實(shí)現(xiàn)低通空間濾波。以二維三角晶格光子晶體為例,通過合理設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)和材料,構(gòu)造了絕對(duì)等效折射率小于1的介質(zhì),用數(shù)值計(jì)算的方法模擬了其低通濾波性能。研究結(jié)果表明光子晶體中等效折射率小于1的正折射率頻帶很少見,通常發(fā)生在高階導(dǎo)帶并具有很強(qiáng)的各向異性;等效折射率大于-1的負(fù)折射率頻帶很容易設(shè)計(jì),能夠?qū)崿F(xiàn)很好的低通空間濾波功能。
　　 第二,光子晶體中的自準(zhǔn)直效應(yīng)是設(shè)

3、計(jì)低通空間濾波器的又一個(gè)途徑。采用二維正方晶格光子晶體為研究對(duì)象,總結(jié)了基于自準(zhǔn)直效應(yīng)設(shè)計(jì)低通空間濾波器的原則,并模擬驗(yàn)證了其空間濾波性能。理論分析和仿真結(jié)果表明,光波的低頻空間分量可以高效地耦合到光子晶體的自準(zhǔn)直模,而高頻空間分量被全部反射,從而有效地濾除空間高頻分量。
　　 第三,研究了光子晶體空間濾波器的調(diào)控機(jī)制。以長方形介質(zhì)柱組成的二維正方晶格光子晶體為例,分別研究了介電常數(shù)、介質(zhì)填充比以及介質(zhì)柱的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)其空間濾波性