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缺陷态光子晶格光学特性的研究

作　者: 何冬梅
导　师: 杨立森
学　校: 内蒙古师范大学
专　业: 光学
关键词: 光子晶格缺陷态光折变晶体交叉相位法网状缺陷
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光纤通讯的实施开辟了以光子为载体的信息传递时代。控制光子流动的材料——光学半导体的研究成为了光子器件发展的瓶颈。自1987年,E.Yablonovitch提出光子晶体的概念以来,光子在周期性介电结构中传播的行为受到各国科研人员的关注。这种周期性介电结构材料称为光子晶体或光子晶格。但是完美的光子晶格存在光子带隙,从应用的角度来讲,只有带有缺陷的光子晶格才具备操控光子的能力。缺陷晶格的构造与研究是实现全光子集成器件的重要课题。目前,国内外研究机构对缺陷态光子晶格的结构进行了许多理论性研究,但是实验研究却很少,其主要原因是构造缺陷晶格比较困难。而光诱导的方法为缺陷态光子晶格的构造开辟了一条崭新的道路。本文主要研究采用两种新的方法——交叉相位法和片光法,在光折变晶体掺铁铌酸锂(LiNbO3:Fe)中诱导带有不同缺陷的光子晶格,并对其控光的能力进行了研究,所完成的主要工作如下:1.采用交叉相位法,在LiNbO3:Fe晶体中制作了带有不同微米量级线缺陷的二维光折变光子晶格。该方法的优点是光路易于组建,所制作的线缺陷细锐且可以消除衍射干扰。研究了线缺陷的宽窄、方向以及线缺陷之间的晶格数对缺陷控光能力的影响;观测了不同角度探测光的缺陷模位置,发现其缺陷模具有一定的宽度且位置可以在带隙中移动,并分别从实验和理论计算上得到了本实验条件下缺陷模的宽度,实验与理论吻合得很好;从稳态Kukhtarev方程组和双光束耦合理论出发,数值模拟了线缺陷光子晶格中的光强分布和折射率分布。2.采用片光法,利用柱透镜整形出来的片状光束成功地在LiNbO3:Fe晶体中制作了单一线缺陷宽度为40μm的二维缺陷态光子晶格;分析和讨论诱导时间、写入光强比、掩膜孔间距和探测光频率对缺陷态晶格的光学特性的影响,找到了最佳实验条件;通过理论计算,对单一线缺陷光子晶格进行了数值模拟,实验与理论相吻合。3.首次提出在光折变晶体中制作网状缺陷光子晶格的方法,并成功地在LiNbO3:Fe晶体中制作了二维网状缺陷光子晶格,且在缺陷中观察到了局域现象和叠加增强现象;为了得到最佳实验效果,从理论和实验两方面分析了影响缺陷写入的实验条件;通过理论计算,数值模拟了网状缺陷光子晶格的光强分布,实验与理论相吻合,从而证实了该方法的可行性,这对集成光路及光计算机的研制有积极的作用。

全文目录

中文摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-25
  1.1 光折变效应  12-17
    1.1.1 光折变效应概述  12-13
    1.1.2 光折变效应的物理机制  13-16
    1.1.3 能带输运模型  16
    1.1.4 光折变效应的主要特征  16-17
  1.2 光子晶体和光子晶格  17-20
    1.2.1 光子晶体及光子晶格的概念  17-19
    1.2.2 光折变光子晶格的特性  19-20
  1.3 缺陷态光子晶格  20-23
    1.3.1 缺陷态光子晶格的概念及应用  20-21
    1.3.2 缺陷态光子晶格的制作方法  21-23
  1.4 本论文的主要研究内容  23-25
第二章交叉相位法制作缺陷态光子晶格及光学特性研究  25-44
  2.1 交叉相位法制作缺陷态光子晶格  25-31
    2.1.1 实验装置  25-26
    2.1.2 制作线缺陷  26-28
    2.1.3 制作四方光子晶格  28-29
    2.1.4 制作带有线缺陷的光子晶  29-31
  2.2 交叉相位法制作缺陷态光子晶格光学特性研究  31-40
    2.2.1 缺陷间晶格列数对缺陷局域特性的影响  31-35
    2.2.2 探测光入射角度对缺陷模的影响  35-38
    2.2.3 线缺陷方向对四方晶格光学特性的影响  38-40
  2.3 二维缺陷态光子晶格的理论模拟  40-43
  2.4 本章小结  43-44
第三章片光法制作缺陷态光子晶格及光学特性研究  44-53
  3.1 片光法制作缺陷态光子晶格  44-46
    3.1.1 实验装置  44-45
    3.1.2 片光法制作线缺陷  45-46
    3.1.3 片光法制作缺陷态光子晶格  46
  3.2 片光法制作缺陷态光子晶格的光学特性研究  46-49
    3.2.1 辐照时间对缺陷局域能力的影响  46-47
    3.2.2 写入光强比对缺陷局域能力的影响  47-48
    3.2.3 掩膜孔间距对缺陷局域能力的影响  48-49
    3.2.4 探测光波长对缺陷局域能力的影响  49
  3.3 实验结果分析  49-50
  3.4 数值模拟  50-51
  3.5 本章小结  51-53
第四章网状缺陷态光子晶格的制作及光学特性研究  53-63
  4.1 实验装置  53-55
  4.2 网状缺陷的制作与研究  55-58
    4.2.1 制作网状缺陷  55
    4.2.2 实验条件对网状缺陷光学特性的影响  55-58
  4.3 网状缺陷态光子晶格的制作及光学特性研究  58-61
    4.3.1 网状缺陷光子晶格的制作  58-59
    4.3.2 网状缺陷光子晶格光学特性的研究  59-61
  4.4 数值模拟  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章总结与展望  63-66
  5.1 工作总结  63-64
  5.2 未来工作展望  64-66
参考文献  66-71
攻读硕士期间发表的学术论文  71-72
致谢  72

缺陷态光子晶格光学特性的研究

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