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缺陷态光折变光子晶格的制作

作　者: 付存宝
导　师: 杨立森
学　校: 内蒙古师范大学
专　业: 光学
关键词: 光子晶格缺陷片光法交叉相位法局域近红外光
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 21次
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内容摘要

光子晶格是介电结构在空间尺度上的周期性光学微结构,它的周期是光波长数量级的,其主要的特性是存在光子带隙。但具有完整周期性的光子晶格不能有效控制光子在其中的传播行为,只有带有缺陷的光子晶格才可以更有效地控制在其中传播的光子的行为。对于各种缺陷态光子晶格的制作方法成为光子器件发展的主要瓶颈。近年来,由于光辐照技术的快速发展,用光感应方法制作各种形态的光子晶格成为可能,其中利用光折变效应制作光折变光子晶格被认为是目前研究光子晶格的最佳的实验方法,它具有实时、快速、材料可循环使用、缺陷和晶格可同时植入等优点。缺陷的植入给光子晶格的应用带来了无限生机。带有缺陷的光子晶格具有导光和操控光的能力,当信号光的缺陷模落在晶格带隙内时,信号光将被局域在缺陷位置或沿缺陷传播。因此,研究构造缺陷态光折变光子晶格及其带结构对光子晶格的应用和发展具有十分重要的意义。本论文主要是:利用片光法和交叉相位法在铌酸锂晶体中制作了带有线状缺陷和点状缺陷的二维光折变光子晶格,从实验和理论的角度分析和研究了缺陷态光折变光子晶格中操控光的实验形成条件和理论形成原因;实验上观察了近红外光光折变的现象,并在理论上对红外光折变机理进行研究和分析。所完成的主要工作如下:1.片光法构造缺陷态光子晶格:利用此方法成功的在掺铁铌酸锂晶体中制作了微米量级的线缺陷光折变光子晶格。此方法的优点是装置简单,容易调节,只需旋转圆柱透镜,就可以制作出和光轴方向不同的各种线状缺陷光子晶格。缺点是经圆柱透镜形成的片光具有发散性,不能制作小数量级的缺陷,并且实验中只能使用薄晶体。在理论上对四孔掩膜和圆柱透镜进行数学分析,模拟出了带有线状缺陷的光子晶格。2.交叉相位法构造点状缺陷态光子晶格:在交叉相位法的基础上,改变缺陷掩膜,将两束写入光叠加到晶体的同一个点上,在晶体中成功地写入了带有点状缺陷的二维光折变光子晶格。此方法的优点是缺陷光是不发散的,只需变换掩膜就可以得到不同类型的光子晶格,缺点是装置复杂,不易调节。分析了不同实验条件对点线缺陷光子晶格对光波的操控能力影响。通过数学推导,在理论上模拟了掩膜的空间光强分布,发现实验和理论符合的很好。3.近红外光折变的机理研究:在实验中利用近红外弱光聚焦后辐照在掺铟铁铌酸锂晶体中,观察到了晶体的光折变效应,并进一步分析和研究得出:掺铟铁铌酸锂晶体的红外光折变效应是由倍频光激发的,全新的解释了这种现象形成的机理,通过实验和理论模拟了晶体折射率的变化。

全文目录

中文摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章引言  10-22
  1.1 光子晶体  10-11
  1.2 光子晶体的制作方法  11-13
    1.2.1 传统的制作方法  11-12
    1.2.2 光感应法制作光折变光子晶格  12-13
  1.3 光折变效应概述  13-18
    1.3.1 光折变效应的物理机制  14-16
    1.3.2 光折变效应的主要特征  16
    1.3.3 光折变效应的带输运模型  16-18
  1.4 光子晶格中的缺陷  18-21
    1.4.1 缺陷的概念及应用  18-19
    1.4.2 缺陷的制作方法  19-21
  1.5 本论文的主要研究内容  21-22
第二章片光法构造缺陷态光折变光子晶格  22-30
  2.1 实验装置与实验现象  22-25
    2.1.1 实验装置  22-23
    2.1.2 实验结果  23-25
  2.2 实验条件对结果的影响  25-27
    2.2.1 辐照时间的影响  25-26
    2.2.2 晶体的参杂浓度的影响  26
    2.2.3 缺陷宽度的影响  26-27
  2.3 四方晶格和缺陷的数值模拟  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章点状缺陷光折变光子晶格的构造与研究  30-43
  3.1 实验装置与结果  30-33
    3.1.1 实验装置  30-32
    3.1.2 实验结果  32-33
      3.1.2.1 四方晶格的制作  32
      3.1.2.2 点缺陷的制作  32-33
  3.2 点缺陷光子晶格的构造  33-34
  3.3 点缺陷光子晶格局域光特性的研究  34
  3.4 实验条件对结果的影响  34-38
    3.4.1 写入时间的影响  35
    3.4.2 掩膜孔间距的影响  35-37
    3.4.3 掩膜孔直径的影响  37
    3.4.4 写入光强比的影响  37-38
  3.5 缺陷理论和数值模拟  38-42
    3.5.1 一维光子晶格中的线缺陷模理论  38-40
    3.5.2 二维光子晶格中的线缺陷模理论  40-41
    3.5.3 四方晶格和点缺陷的数值模拟  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章近红外光诱导铌酸锂晶体光折变现象的观察和研究  43-50
  4.1 近红外光诱导铌酸锂晶体光折变现象的实验观察  43-47
    4.1.1 实验装置  43-44
    4.1.2 近红外光折变现象的实验观察  44-45
    4.1.3 近红外光折变现象的实验结果分析  45-47
  4.2 近红外光折变现象的理论分析和模拟  47-49
  4.3 本章小结  49-50
第五章总结与展望  50-53
  5.1 工作总结  50-51
  5.2 未来工作展望  51-53
参考文献  53-58
在硕士期间发表的学术论文  58-59
致谢  59

缺陷态光折变光子晶格的制作

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