掺铁铌酸锂中周期性及准周期性微结构的光诱导与研究

摘要

近年来,光学微结构在光子学中有很强的应用,并已成为一个非常有吸引力的研究领域。光子晶格是一种介电系数呈周期性分布的人工微结构,它是一种新型的光学材料。由于光子带隙的存在,光子晶格可以改变在其中传播的光子的行为,其潜在的科学价值及广阔的应用前景已引起了各国科研人员的关注。准晶是具有准周期平移格子构造的固体,其中的原子常呈定向有序排列,但不作周期性平移重复,其对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称。与一般的晶体相比准晶拥有更高的点群对称性,这一特性使其表现出不同与一般晶体的光学性质,并能够允许更弱的方向依赖性。且有研究表明,准周期微结构也具有禁止电磁波传播的光子带隙,更增加了研究人员的兴趣。国内外研究机构相继采用不同的方法就光学微结构制作技术进行研究并取得了重大进展。其中,光诱导技术因其实时、简便、成本低等优良特点成为本文使用的主要技术手段。 本文是针对在LiNbO3:Fe晶体中周期性及准周期微结构的设计、制作和观察的研究,其主要内容如下: 1,首先简要介绍了光诱导法、光子晶体、光子准晶体的发展历史,及本课题的研究思路。对本文所涉及的基本理论及概念进行简单的介绍。 2,利用一个五孔掩膜实现了5束平面光干涉,构造了三维光场。通过分析光场结构,从理论上给出光场的格子周期并进行了数值模拟。利用这样的光场在LiNbO3:Fe中制作了可在暗环境中长期存储的三维光折变光子晶格,使用平面导波、BZ谱、远场衍射图样三种方式对制得的晶格结构进行分析,证明了它的三维特性。此外对光强极弱的会聚光束在晶格中的传播行为进行研究并得到独特的衍射图样。 3,分析利用多孔掩膜实现的多重旋转对称性光场结构,进而以八重对称准晶的制作为例,介绍一种简单的实验室容易实现的准光子体的制作方法。实验中可以方便灵活的改变振幅掩膜小孔的数量从而得到不同的光子准晶结构。 4,介绍一种新的制作光子晶格的方法——多组双光束交替干涉法。这种方法简化了多光束干涉的光束配置,使得到的光场结构有更简洁的对称性。对于二维对称性结构,能方便从光场结构,导出相干光束配置。并设计了实现多组双光束交替干涉的实验装置。最后通过这种方法制得四方形二维光子晶格。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 本论文的主要工作

第2章 理论基础

2.1 光折变效应

2.2光诱导光学微结构

2.3 光子晶格的Bragg衍射与BZ区

第3章 掺铁铌酸锂晶体中三维光子晶格的模拟及诱导

3.1 前言

3.2 实验原理

3.3 数值分析及模拟

3.4 三维光子晶格的诱导及分析

3.5 本章小结

第4章 掺铁铌酸锂中准周期光子晶格的诱导

4.1 光子准晶晶格研究背景

4.2 多孔掩膜干涉图样分析

4.3 八重对称的准周期光子晶格的制作及分析

4.4 本章小结

第5章 多组双光束交替干涉法制作光子晶格

5.1 研究思路

5.2 两组双光束交替干涉法制作二维四方光子晶格

5.3 五组双光束交替干涉的实现

5.4 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 本论文工作总结

6.2 下一步工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章

致谢