棱镜全息干涉法制作二维光子晶体的研究

模拟了Top-cut棱镜全息干涉生成的各种光学晶格结构,为棱镜法制作光子晶体提供参考。用全息干涉理论分析了top-cut六棱镜多光束干涉生成的光学晶格结构,考虑了光束数目、偏振方向以及位相的不同对晶格结构的影响。改变光束数目可以生成不同周期的正六角、斜六角光学晶格;改变光束偏振特性则影响光学晶格格点的形状;改变光束初位相可以生成蜂窝状结构等。另外还模拟了top-cut五棱镜所生成的十重旋转对称光学准晶结构。并且用平面波展开法计算了六角和蜂窝结构的有机光子晶体带隙图,证明了蜂窝结构更容易产生大的光子带隙。     

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。     

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.     

2维混合介质柱光子晶体传输特性的研究

为了研究晶体结构对电磁波传输特性的影响,提出了一种空气平板层和圆形复合介质柱混合组成的新型2维混合介质柱光子晶体结构.采用时域有限差分法对其进行了数值模拟和计算,研究了改变混合介质柱的形状和结构参量对晶体透射特性的影响.结果表明,该结构可以基本保留组合前光子晶体的主带隙,并且在新的频段产生新的禁带;在混合结构中将复合介质柱换为简单介质柱没有新的禁带产生.通过改变相关参量发现,增加介质平板的宽度,这增大内嵌介质柱的半径都有利于新禁带的产生.2维混合介质柱光子晶体比单一介质柱光子晶体有更多的可调因素,这为相关光子晶体器件的设计提供了理论依据.     

2维混合介质柱光子晶体传输特性的研究

为了研究晶体结构对电磁波传输特性的影响,提出了一种空气平板层和圆形复合介质柱混合组成的新型2维混合介质柱光子晶体结构。采用时域有限差分法对其进行了数值模拟和计算,研究了改变混合介质柱的形状和结构参量对晶体透射特性的影响。结果表明,该结构可以基本保留组合前光子晶体的主带隙,并且在新的频段产生新的禁带;在混合结构中将复合介质柱换为简单介质柱没有新的禁带产生。通过改变相关参量发现,增加介质平板的宽度,这增大内嵌介质柱的半径都有利于新禁带的产生。2维混合介质柱光子晶体比单一介质柱光子晶体有更多的可调因素,这为相关光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

基于光子晶体正负折射的分束器的误差分析

利用时域有限差分方法,通过数值模拟分别研究了基于光子晶体正负折射原理设计的分束器中介质柱半径和介质柱位置的随机误差对分束器性能的影响,发现当介质柱半径的误差振幅小于0.055倍的介质柱标准半径或者介质柱位置的误差振幅小于0.06倍的光子晶体品格常数时,正负折射光束的能流透射率均保持在20%以上.     

二维正方复式晶格的完全光子带隙

为产生光子晶体完全光子带隙,在二维正方晶格的介质柱中心构造一个空气柱孔缺陷,应用平面波展开的方法研究了光波在其中的传播规律,发现在特定的结构参数条件下,该结构产生了完全光子带隙,从而找到了在简单晶格结构条件下实现完全光子带隙的方法。     

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。     

利用大周期光子晶体结构增强InAs/GaAs量子点的激发态发光

在该研究中,通过激光全息和湿法腐蚀的方法在InAs/GaAs量子点材料上制备光子晶体,研究了由激光二极管激发制备了光子晶体的InAs / GaAs量子点材料的光致发光光谱.发现具有光子晶体的量子点材料的光谱显示出多峰结构,光子晶体对短波长部分的发光增强和调制比对长波长部分的增强和调制更明显.InAs / GaAs量子点的光致发光光谱通过刻蚀形成的光子晶体结构得到了调控,并且量子点的激发态发光得到了明显增强.     

两种介质柱构成复式正方晶格的完全光子带隙

由一个正方介质柱和两个圆介质柱构造一个二维正方复式晶格的光子晶体.应用平面波展开的方法研究了光波在其中的传播规律.通过调节介质柱几何尺寸和介电常数,该结构产生了完全光子带隙.     

基于方向带隙差异的二维光子晶体异质结构的单向分束特性

正基于光子晶体的光通信器件结构紧凑,在未来全光集成芯片和全光通信网络中具有巨大的应用前景。理论研究了由椭圆形硅柱和圆形硅柱排列在空气中所组成的二维正方晶格光子晶体异质结构。通过两种硅柱在交界面处的交错分布,使得特定频率范围的光束沿一个方向正入射到该结构时,可以从另一个端面分裂为两柬出射光;而该光束沿相反方向正入射时则被禁止传播。通过参数的优化设计,在另外的频率范围内还实现了沿一个方向传播时可以分裂为三柬出射光,沿相反方向入射时则光束只沿着原来的方向传播、通过对两种光子晶体等频率曲面的理论分析,发现自准直效应在光子晶体异质结构分束特性中发挥着重要的作用。     

点缺陷半径变化对光子晶体直接耦合结构THz波调制器性能的影响

点缺陷构成的微腔对THz波调制器的性能起着决定性的作用,而在实际制作加工过程中,由于工艺的原因,光子晶体的结构参量会产生偏差,难以制备出孔径毫无偏差的光子晶体,且介质柱的放置位置不能达到完全精确,因此光子晶体器件的性能也因此会受到一定程度的影响。文中重点讨论了点缺陷介质柱的半径变化对直接耦合结构的THz波调制器性能的影响,为光子晶体调制器的实际制作和相应的误差分析提供了理论帮助。     

飞秒贝塞尔光束直写铌酸锂高深径比光子晶体结构

具有深微孔结构的铌酸锂晶体可以成为具有优良光波选择性调制功能的光子晶体器件。然而,目前使用的聚焦离子束刻蚀、化学刻蚀或常规激光制孔等方法很难获得光子晶体所需的高深径比微孔。本文基于飞秒脉冲高峰值功率、超短脉宽的基本特点,通过对光束进行贝塞尔整形以及对光束与铌酸锂晶体的相互作用进行调控和研究,用飞秒单脉冲在铌酸锂晶体内部一步制备出深径比约为700∶1的大面积均匀微孔阵列。测试结果表明,设计并制备的高深径比微孔阵列光子晶体结构对450～510 nm波长范围内的光束具有明显的选择透过性。     

一维多孔硅光子晶体的三阶非线性光学性质

在工艺参数实验和理论设计分析的基础上,制备 了包括多孔硅Bragg反射镜、多孔硅微腔和稳定 性很好的多孔硅三元结构在内的多孔硅一维光子晶体,对3种多孔硅光子晶体的结构进行了 表征,不同孔 隙度的多孔硅呈现出周期性的排列。采用单光束反射Z扫描方法 分别对3种结构的多孔硅在1064nm波长处的 非线性折射率进行了测量。实验结果表明,多孔硅三元结构光子晶体的三阶非线性折射率比 多孔硅Bragg 反射镜和多孔硅微腔高1个数量级,这将为多孔硅一维光子晶体用于先进光电器件的设计提 供了重要参考。     

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.     

光子晶体的研究进展

光子晶体是一种新型功能材料，其最基本的特征是具有光子频率带隙，频率落在带隙内的电磁波被禁止在光子晶体中传播。文章介绍了光子晶体的基本性质和制备方法，以及结构无序对光子晶体带隙产生的影响，并对光子晶体的应用前景给予了简短的评述。     

温度对基于双光束耦合耗散晶体中高斯光束演化特性的影响

为了得到温度对高斯光束在耗散晶体中的孤子波演化的影响结果,基于温度对暗辐射强度和扩散场的影响,提出了双光束耦合强度和相位耦合系数的新模型,采用数值模拟的方法研究了高斯光束在双光束耦合光折变耗散系统中不同温度下的演化特性.结果表明,晶体的温度与高斯光束的稳定件密切相关.对于给定的耗散系统,若该系统能支持某一特定的全息屏蔽明孤子,可以找到与之匹配的高斯光束.在300～350 K温度范围内,高斯光束能在晶体中传播足够远的距离;而当晶体温度变化足够大时,高斯光束强度随传播距离增加而减小,入射的高斯光束不能以稳定的全息孤子态传播.     

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。     

全息三维聚合物光子晶体的制备及其光学特性研究

利用等边棱镜全息法在负光刻胶SU8中制备了三维面心结构聚合物光子晶体,给出了一种能保持晶体结构稳定可靠的处理方法,扫描电子显微镜的显微结果证实了实验所得结构的可靠性.傅里叶变换红外光谱仪获得的透射和反射光谱则表明,所制备的晶体结构与计算机模拟结果一致.     

光子晶体及其自组装制备

自从理论计算指出金刚石结构具有完全光子带隙以来,三维光子晶体的理论研究和实验制作一直受到高度重视。光子晶体的制备方法总体上可分为两大类:微制作法和自组装法。前者适合于制备微波、远红外及近红外波段的光子晶体,后者制备近红外、可见或更短波段的光子晶体具有独特的优势。简述了光子晶体的概念和基本特征,并对三维光子晶体的自组装制备方法进行了综述。