光折變微結(jié)構(gòu)的制作與研究.pdf

1、光折變微結(jié)構(gòu)是利用電光材料的光折變效應制作而成的光學微小結(jié)構(gòu)，其空間尺度大約在光波波長量級，隸屬光子晶體范疇，一般稱之為光子晶格。光子晶格的最大特點是存在光子帶隙，落在光子帶隙區(qū)域的那些頻率的光波不能在其中傳播，而被全部反射出去。光子晶格的應用價值很大程度上在于缺陷態(tài)的存在。當人為地破壞晶格的周期性結(jié)構(gòu)，便可以產(chǎn)生缺陷，只有和缺陷態(tài)頻率吻合的光子才可能被局域限制在缺陷位置或只能沿缺陷位置傳播，當偏離缺陷的位置時光波會迅速地衰減。即可以做

2、出對某一特定波長透明的窗口，使其具有導引電磁波的可能。 目前，光誘導光子晶格的方法是研究周期性光學微結(jié)構(gòu)的最簡單、最便捷，而成本又是最低的方法。如果將LiNbO3:Fe晶體中陣列波導的某一根或某一列移去就構(gòu)造出了具有點缺陷或線缺陷結(jié)構(gòu)的光子晶格。因此，研究在LiNbO3:Fe晶體中構(gòu)造缺陷態(tài)光折變光子晶格及其帶結(jié)構(gòu)對微結(jié)構(gòu)光學的發(fā)展與應用具有十分重要的意義。 本論文首先研究了如何利用成像法在LiNbO3:Fe晶體中制作缺

3、陷態(tài)光折變光子晶格，其次研究了缺陷光子晶格的局域光現(xiàn)象，最后研究了陣列光束與寫入晶格的相互作用。所完成的主要工作如下： 1.用成像法在不同厚度LiNbO3:Fe晶體中制作缺陷光子晶格時發(fā)現(xiàn)：晶體的厚度與折射率、透鏡焦距、物距、透鏡孔徑等實驗因素對寫入的晶格的品質(zhì)有決定性的影響，且當實驗因素確定的情況下，晶格的尺度存在下限。理論分析了實驗因素同晶格品質(zhì)以及晶格品質(zhì)同晶格尺度之間的關(guān)系，為更好的利用成像法制作光學微結(jié)構(gòu)提供了一些有價

4、值的參考，是本論文研究工作中的一個小創(chuàng)新點。另外，在優(yōu)化了各實驗因素的基礎(chǔ)上，利用該方法在LiNbO3:Fe晶體中制作了波導間距為40μm的光折變集成光路光學諧振微腔，證明了利用全光學的方法制作光學器件存在現(xiàn)實上的可行性。 2.利用成像法在LiNbO3:Fe晶體中誘導出了無晶格的線形折射率“凹陷”與線缺陷結(jié)構(gòu)的光子晶格，用探測光束讀“凹陷”與缺陷的過程中發(fā)現(xiàn)：缺陷對光波具有一定的局域作用，而“凹陷”則沒有這一特性。根據(jù)光子帶隙理

5、論對該現(xiàn)象做了初步解釋。分析認為，缺陷局域光波的現(xiàn)象是由于缺陷模邊界處的波導陣列對光波往復的布拉格反射引起的，缺陷晶格的導光機制類型是布拉格反射型。 3.利用三光束干涉光場在LiNbO3:Fe晶體內(nèi)構(gòu)造三角點陣光子晶格的動態(tài)過程中，發(fā)現(xiàn)三光束干涉點陣的陣列元光斑出現(xiàn)了一分為三的分裂現(xiàn)象。應用相位分裂理論對這一現(xiàn)象作了分析，數(shù)值模擬結(jié)果與實驗現(xiàn)象符合得很好。實驗現(xiàn)象和理論分析表明：寫入光與寫入的晶格相互作用都會發(fā)生位相分裂而產(chǎn)生空