大面積光折變光子晶格的制作及其光學(xué)特性研究.pdf

1、1987年，E.Yablonovitch和S.John提出介電常數(shù)呈周期性分布的材料可以改變在其中傳播的光子的行為，并稱這種材料為光子晶體(光子晶格)，由于其潛在的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景受到各國科研人員的關(guān)注。國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)相繼采用不同的方法對光子晶格的結(jié)構(gòu)、理論、制作技術(shù)及其嶄新的物理性質(zhì)等進(jìn)行了研究并取得了重大進(jìn)展。 目前國內(nèi)外傳統(tǒng)的制作技術(shù)存在制作周期長、制作的光子晶格面積小等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用的范圍。近年來，光輻照技術(shù)被認(rèn)為

2、是一種直接、快速、低成本、高效益的光折變光子晶格制作技術(shù)，引起廣泛關(guān)注。本文主要研究利用光學(xué)傅立葉變換、單光束掃描、掩模成像以及干涉技術(shù)在摻鐵鈮酸鋰(LiNbO3:Fe)晶體中制作大面積光折變光子晶格的方法；理論和實(shí)驗(yàn)研究了應(yīng)用觀測系統(tǒng)對光寫入光子晶格的折射率分布的測量方法；研究了In:Fe:LiNbO3晶體中近紅外光輻照下的光折變效應(yīng)。針對以上課題從理論到實(shí)驗(yàn)方案，對大面積光子晶格的制作和折射率分布的觀測方法進(jìn)行了深入研究。所完成的主

3、要工作如下： 1.從光折變動力學(xué)方程組出發(fā)對光折變晶體中光致折射率變化進(jìn)行了理論分析?；趩务R赫-曾德干涉儀裝置和光束分析儀(LBA-PC)組成的觀測系統(tǒng)，研究了光折變晶體中光致折射率變化的測量原理，提出了利用觀測系統(tǒng)對折射率調(diào)制度進(jìn)行三維可視化觀測的方法。此外，在功率密度為毫瓦量級的連續(xù)激光輻照下，成功地利用上述方法對Li4NbO3:Fe晶體中的光致折射率變化分布進(jìn)行了測量。 2.本文主要研究利用不同結(jié)構(gòu)的輻照光場在光

4、折變晶體中制作各種大面積光折變光子晶格的方法。提出了利用單片狀光束掃描法和單馬赫-曾德干涉法在光折變晶體中制作一維大面積平面光折變光子晶格；提出了一種制作并讀出(2+1)維大面積光折變光子晶格的三馬赫-曾德實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。并分別在LiNbO3:Fe晶體中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，制作了多層、交叉和正方格子型大而積光子晶格。 3.通過幾種光輻照技術(shù)在不同厚度LiNbO3:Fe晶體中制作了一維、(2+1)維大面積光折變光子晶格。實(shí)驗(yàn)研究了輻照光的偏

5、振方向、輻照時(shí)間和晶體摻鐵濃度、厚度對光子晶格及其折射率調(diào)制度的影響。給出了實(shí)現(xiàn)大面積、小周期光子晶格制作的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并對在實(shí)驗(yàn)中需要注意的問題進(jìn)行了詳細(xì)說明。 4.在一維情況下，研究了光子晶格的全息干涉圖的占空比與折射率調(diào)制度的關(guān)系。 5.在實(shí)驗(yàn)中利用近紅外弱光在In:Fe:LiNbO3晶體中實(shí)現(xiàn)了光致折射率變化效應(yīng)。對于采用近紅外弱光輻照引起的晶體折射率變化規(guī)律不同于可見光波段輻照的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。