周期性人工微結(jié)構(gòu)介質(zhì)的空間濾波特性研究.pdf

1、空間濾波器在圖像增強、信息處理和激光技術(shù)等領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)的空間濾波器通常是由兩塊透鏡構(gòu)成的4f(f是透鏡的焦距)聚焦型系統(tǒng),存在體積大、不能近場濾波等不足。本文針對傳統(tǒng)光學(xué)空間濾波器的不足,開展了新型平板即插即用型(非聚焦型)空間濾波器的探索研究,重點研究了周期性人工微結(jié)構(gòu)介質(zhì)的空間濾波特性,提出了實現(xiàn)偏振無關(guān)、工作頻率可調(diào)諧、全向濾波等的解決方案,為新型空間濾波器的設(shè)計和制造提供基礎(chǔ)理論支持。取得的主要成果如下:
　

2、　 第一,基于Rugate結(jié)構(gòu)的帶隙空間特性,提出并設(shè)計了一種Rugate結(jié)構(gòu)的低通空間濾波器,數(shù)值模擬證明應(yīng)用這種空間濾波器可實現(xiàn)光束的平滑。該空間濾波器具有非常平坦的通帶和陡峭的通帶-阻帶之間的過渡帶,且其空間截止頻率可以通過調(diào)節(jié)Rugate結(jié)構(gòu)的參數(shù)而改變。運用時域有限差分算法對該類空間濾波器在光束平滑中的應(yīng)用進行了仿真,驗證了其低通空間濾波的有效性。
　　 第二,針對傳統(tǒng)光子晶體空間濾波器的濾波特性跟偏振相關(guān)的不足,提

3、出并實現(xiàn)了一種含負(fù)折射率材料一維光子晶體的空間濾波器,它具有偏振無關(guān)的特點。通過優(yōu)化缺陷層的結(jié)構(gòu)參數(shù),在該光子晶體結(jié)構(gòu)的零均折射率帶隙中可出現(xiàn)一系列偏振無關(guān)的缺陷模。基于這些缺陷模,設(shè)計了偏振無關(guān)的低通、高通和帶通空間濾波器,其截止頻率可通過改變含缺陷層光子晶體結(jié)構(gòu)的周期數(shù)而調(diào)諧。
　　 第三,研究并得到了一維磁性光子晶體偏振無關(guān)傳輸?shù)囊话阈詶l件,實現(xiàn)了嚴(yán)格偏振無關(guān)的光子晶體空間濾波器及更寬全向帶隙的光子晶體。研究發(fā)現(xiàn),不含缺陷

4、的完整光子晶體中偏振無關(guān)傳輸?shù)臈l件是,組成完整光子晶體的兩種材料的折射率和厚度相同、波阻抗互為倒數(shù)。當(dāng)滿足上述關(guān)系的兩種完整光子晶體構(gòu)成光量子阱結(jié)構(gòu)時,該量子阱結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)偏振無關(guān)的傳輸:當(dāng)阻抗為1的單層缺陷層引入到完整光子晶體中時,含缺陷層光子晶體也能實現(xiàn)偏振無關(guān)的傳輸。
　　 最后,研究一維量子阱結(jié)構(gòu)的全向?qū)ΨQ可調(diào)諧濾波特性,發(fā)現(xiàn)在含單負(fù)材料的光量子阱結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了對稱的束縛態(tài),其數(shù)目和頻率可分別通過改變阱光子晶體的周期數(shù)和厚度