棱镜全息干涉法制作光子晶体的研究

全息干涉法制作光子晶体具有经济、快捷等特点,是制作大面积的光子晶体理想的方法。其中棱镜全息干涉法具有实验装置稳定性好、易于调节等优点,成为一种重要的光子晶体制作方法。制作二维光子晶体相对简单,并且在很多器件如LED、半导体激光器等的制作中得到广泛的应用。本文分析了用top-cut六棱镜全息干涉制作二维、三维光子晶体的理论问题：光束的数目、空间分布等对生成的光学晶格结构的影响。本文计算机模拟一定情况下,六棱镜生成的各种二维、三维学晶格结构。     

电可调谐的聚合物液晶光子晶体

设计了一个无顶的（top-cut）六角棱镜,棱镜高h=3.73cm ,侧面与底面夹角alfa=66 。利用此棱镜和光全息刻蚀的方法,在光抗材料上制作了对称六角结构、蜂窝结构和椭圆柱非对称等结构的光子晶体;并且在聚合物分散液晶材料上制作了大面积电可调谐的光子晶体结构。该光路系统结构简单、稳定、重复性好。光子晶体的理论干涉模式和实验制作结构相比较,结果吻合的非常好。另外还研究了光子晶体的远场衍射模式和电转换特性,对称的六角衍射模式更好的揭示了光子晶体的六角结构。晶体结构中液晶微滴（droplet）的尺寸最小可到10nm,直流转换电压最小达到13.3V/?m。这对研究电调谐的光子晶体激光器和电光转换装置有非常深远的意义。     

枕形柱正方晶格二维宽完全带隙光子晶体的全息设计

提出了一种利用多光束全息干涉产生类似结构的方法,系统分析了制备条件对所得结构能带性质的影响,证明这种具有枕形柱的正方晶体可以产生比最佳设计的正方形柱晶体更宽的完全带隙,同时给出了该全息结构的光学制备方法,包括各光束的波矢及偏振态。     

采用平面波展开法研究一维全息光子晶体的禁带

为了研究一维全息光子晶体的禁带性质,采用平面波展开法做了相关计算,得到了一维全息光子晶体的禁带会受到入射光角度改变以及不同偏振特性影响的结论.在制作光束正入射时,介质中会产生完全禁带.当制作光束斜入射到介质表面上时,禁带不再是完全带隙:随着制作光束照射到介质表面的入射角增大,禁带位置移向高频区域.这一结果与用传输矩阵法计算得到的结果一致.并计算了不同偏振态下禁带宽度随入射角变化的关系:对于S偏振光.禁带宽度随着入射光角度的增加而变大,对于P偏振光,禁带宽度随着入射光角度的增加而减小.为开展下一步的实验工作提供了理论依据.     

不同结构光子晶体带隙特性研究

基于平面波展开法数值模拟了砷化镓构成二维正方品格、三角晶格和六角晶格光子晶体的带隙特性,得出构成的三角晶格具有较大完全带隙。数值模拟了砷化镓构成三维光子晶体的金刚石结构、蛋白石结构和木堆结构,得出金刚石结构具有较高的完全带隙。结论为实验及应用研究提供理论支持。     

一维全息光子晶体基本周期对光子禁带的影响

利用由传输矩阵法得到的一维光子晶体的反射率计算公式,针对具体的一维全息光子晶体周期结构,计算了折射率调制周期的改变以及光学厚度的改变对光子禁带结构的影响．结果表明：随着折射率调制周期参数的增大,禁带宽度减小,禁带中心的位置移向短波;随着光学厚度的增大,禁带宽度增大,禁带中心的位置移向长波．在设计光子晶体时,可以根据需要,通过改变光子晶体基本周期结构的参数来实现对光子带隙的控制．     

光子晶体光纤包层中气孔和掺杂介质柱尺寸对光纤带隙特性的影响

采用平面波展开法(PWM)研究了基于三角晶格、复合蜂窝晶格和改进的复合蜂窝晶格光子晶体光纤(PCF)的包层中不同层气孔和掺杂介质柱尺寸对光纤带隙的影响.结果表明,在第m层(m=1,2,3)空气孔直径改变同样大小的情况下,随着m的增大,第m层空气孔尺寸的变化对带隙的影响越来越小;通过改进光纤结构中介质柱的排列,或掺杂折射率比较大的介质,可以有效地调节或增宽光子带隙(PBG),具有改进的复合蜂窝品格结构的光子晶体光纤可实现更宽的带隙分布.     

多光纤全息干涉法制作光子晶体

全息干涉法是一种结构简单、快速的光子晶体制作方法。多光纤干涉法无需使用扩束和分束装置,进一步简化了装置的构成。文中理论模拟了双光纤和三光纤干涉所形成的全息光子晶体结构,并考虑光纤强度的不均匀对光子晶体晶格结构的影响。实验上采用双光纤和三光纤干涉装置实现了光子晶体结构的观察和记录,并与理论结果进行比较,实验与理论吻合的很好。而且,在此方法的基础上,精密控制光纤出射端的位置进行扫描光刻,可以实现不同周期、不同尺寸的大面积光子晶体的制作。     

双周期渐变光子晶体结构及其纳米聚焦效应

利用3+3光束双锥干涉法设计了双周期渐变光子晶体结构阵列,并研究了它的纳米聚焦效应。通过调整内锥角和内外锥的增量角来改变光子晶体晶格的小周期及光子阵列的大周期,通过调整光束强度、偏振方向来实现渐变光子晶体晶格结构、形状等参数的改变。采用傅里叶变换的方法研究了光子晶体结构对光场的纳米聚焦效应。该结构对于提高发光二极管的提取效率、光显示、光耦合及光集成具有非常重要的意义。     

太赫兹波在二维光子晶体中的传播特性

为了得到太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了三角晶格能带结构和态密度分布,得出E偏振当填充率f=0.9069和H偏振f=0.7346时出现最大光子带隙,在f=0.8358出现最大完全光子带隙.计算表明,增加介电常数的差值,太赫兹波在三角晶格光子晶体中传播的带隙增加了,光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围.研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据.     

光折变晶体中共面多光束干涉研究

构用共面多光束干涉在光折变晶体中形成了对比度较大的一维、二维周期性晶格微结构。理论和实验对比研究了共面双光束和多光束在光折变晶体中会聚相干形成周期微结构的分布规律和影响因素。在相干理论的基础上,建立了具有普适性的共面多光束相干数学模型,数值模拟了n(n=1,2,3,4,5,6)束共面激光相干光场的光强分布规律。实验结果表明,干涉光场图案分布同数值模拟相吻合。实验中进一步讨论了相干系统各参数变化对干涉效果的影响,并通过全息记录在铁电铌酸锂晶体中构造出了同多光束干涉场光强分布对应的光子晶格微结构。     

2维光子晶体抗反膜的制作及其特性分析

为了研究2维亚波长光栅的抗反射特性,分析了2维光子晶体的2维光栅结构,通过全息束光干涉的方法,在光刻胶上制作了六角结构的2维全息光子晶体结构.把具有2维全息光子晶体结构的光刻胶作为母版采用全息模压的方法,将结构复制到薄膜材料上.结果表明,这种抗反膜在红外波段具有增透作用,与理论分析相吻合.     

大面积三维光子晶体的制备与分析

采用中心带孔的多光楔棱镜产生多光束干涉图案 ,利用光诱导法在掺铁铌酸锂晶体中制作多种包括 光子准晶在内的大面积三维光子晶体。介绍了制作装置和实现方法,观测了两种光子晶体微 结构正面及侧 面结构特点,同时拍摄了光子晶体的布里渊区图。通过仿真计算定量分析光子晶体,详细分 析了三维结构 的周期性变化特点。提出通过改变光楔楔角角度实现对三维光子晶体周期的控制。利用布拉 格反射实验验证所做三维光子晶体的周期性,并测量了晶面间距。     

无衍射分立光子晶格

在加压光折变掺铈铌酸锶钡(SBN)晶体中观察了由无衍射分立光束所产生的光子晶格。重点实验观察了三束光干涉和六束光干涉两种情况下所产生的光子晶格,并利用远场衍射图、布里渊区光谱图和傅里叶空间频谱图比较了这两种光子晶格的相同点和区别,并且进行了理论分析。结果表明由三束光干涉产生的光子晶格更均匀稳定。另外,又分别模拟了由四光束干涉、五光束干涉、七光束干涉、八光束干涉、九光束干涉和十光束干涉这几种情况下所获得的光子晶格的传输图。     

二维五筒型光子晶体结构的提出

设计了一种二维五筒型晶格光子晶体的结构,利用PWE方法计算并仿真了该结构的能带分布,分析出了其带隙分布与介质柱介电常数和占空比的关系,总结出了能带与两者之间的变化规律.通过与方形、三角和六角晶格结构的能带分布比较,得到了四种晶格具有最大完全带隙时的参数,发现五筒型光子晶体结构具有最大的完全带隙,为进一步光子晶体的实验制...     

基于Rouard方法的一维光子晶体带隙结构计算

文章将广泛应用于薄膜光学和波导光栅理论计算的Rouard方法引入到一维光子晶体(PC)带隙结构计算当中,从物理光学的多光束干涉角度解释了光子带隙的产生原因.详细推导了Rouard方法的相关公式,并应用Rouard方法计算了具有不同结构特点的一维光子晶体的反射谱.计算结果表明Rouard方法是有效的,并且具有物理概念清晰、公式简洁的特点.     

一维复周期全息光子晶体禁带研究

利用传输矩阵法对折射率渐变的一维复周期全息光子晶体的带隙结构进行了数值计算,分析了针对记录材料重铬酸盐明胶,在这种光折变介质中存在光子带隙,继而讨论了折射率、折射率调制度、以及介质厚度对光子带隙的影响.通过计算发现,在制作光线正入射时,折射率和折射率调制的改变不影响禁带位置,禁带宽度随着所使用的记录介质折射率的增加而减...     

光子晶体及二维光子晶体波导

光子晶体是一种新兴的光学材料,其各种优异的光学特性可以用来制作所需要的光子晶体器件,。本文介绍了一维、二维、三维光子晶体的结构、特性及其主要的理论研究方法、实验制备方法,并着重阐述了二维光子晶体波导的特性及其制备方法及国内外研究进展。