基于梯度折射率光子晶体可调谐亚波长聚焦特性的研究

本文对梯度折射率光子晶体的亚波长聚焦特性进行了研究。该光子晶体是由硅和圆形空气孔构成的平行平板,通过改变空气孔的结构来实现折射率的梯度渐变。采用时域有限差分（finite-different time-domain,FDTD）算法对光子晶体的聚焦过程进行仿真分析。研究发现,适当地修正光程差可以大大地提高聚焦效果,同时焦距和中心空气孔的结构对聚焦效果也有影响。综合以上3种要素,最终设计出的梯度折射率光子晶体平板可实现较好的亚波长聚焦效果,其中在光子晶体外部1.45λ处的光斑最佳,半宽值可达到0.344 7λ。为了提升应用性能,设计了一个动态的调焦系统。在该光子晶体中加入半导体制冷片来调节温度,通过改变温度可以实现1.137 4λ～2.626 4λ的焦点调谐,同时焦斑半宽均小于0.4λ。