光子晶體是一種新型光學(xué)材料,其特點在于材料折射率呈周期性分布,可以像半導(dǎo)體材料操控電子運動一樣操控光子運動,給未來的全光信息系統(tǒng)提供了非常光明的前景。因此對光子晶體微結(jié)構(gòu)制備技術(shù)的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。傳統(tǒng)的光子晶體制備技術(shù)如精密機械加工法、逐層疊加法、微型球結(jié)構(gòu)自組裝法、激光直寫法等都存在著各自的局限性:實驗設(shè)備昂貴、實驗條件苛刻、對實驗材料要求高、制備的光子晶體結(jié)構(gòu)單一、制備效率低下、不能大規(guī)模生產(chǎn)等等。因而研究一種成本更加低廉、工藝更加簡單、生產(chǎn)效率更高的制備光子晶體的方法,對研究光子晶體微結(jié)構(gòu)具有重要意義。因此,用光誘導(dǎo)法制備光子晶體微結(jié)構(gòu)作為一種新興方法近年來在學(xué)術(shù)界越來越得到重視。光誘導(dǎo)法主要利用光折變材料的光致折射率變化特性,將人工設(shè)計的光子晶體圖案照射到光折變材料上,經(jīng)過一系列的物理過程,光折變材料中會形成與所設(shè)計的光子晶體圖案相對應(yīng)的光子晶體微結(jié)構(gòu)。且像摻鐵鈮酸鋰晶體這類材料,還具有可擦寫的優(yōu)良品質(zhì),材料可以反復(fù)使用,節(jié)省成本。因此使用光誘導(dǎo)法制備光子晶體微結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)制備技術(shù)而言具有成本低廉,實驗裝置簡易,靈活多樣等優(yōu)點。然而目前采用光誘導(dǎo)法制備三維光子晶體/準(zhǔn)晶的方法主要是通過空間光調(diào)制器產(chǎn)生多光束干涉,實驗設(shè)備昂貴且制備的三維光子晶體面積受限于有限的空間光調(diào)制器反射面的面積,難以大規(guī)模應(yīng)用。光波導(dǎo)是一種導(dǎo)光器件,其作用是將光限制在其內(nèi)部傳輸。隨著光信息技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的光波導(dǎo)制備技術(shù)已經(jīng)不能滿足新時代光通信技術(shù)的發(fā)展需要。于是科學(xué)界于上世紀(jì)提出激光直寫光波導(dǎo)技術(shù),但是目前的激光直寫技術(shù)大多使用的是飛秒激光,有著設(shè)備價格昂貴、實驗光路不易調(diào)試、實驗步驟復(fù)雜等缺點。利用光折變材料的光折變效應(yīng),采用光誘導(dǎo)法同樣可以制備光波導(dǎo)。且用光誘導(dǎo)法制備光波導(dǎo),實驗設(shè)備價格低廉,實驗材料要求不苛刻,實驗光路調(diào)試也更加簡單。針對目前三維光子微結(jié)構(gòu)與光波導(dǎo)制備技術(shù)存在的種種問題,本論文以光誘導(dǎo)技術(shù)為基礎(chǔ),對在摻鐵鈮酸鋰晶體中制備三維光子晶體、三維光子準(zhǔn)晶和光波導(dǎo)進行了深入的研究。創(chuàng)新之處主要有以下幾點:(1)借助中心帶孔的多光楔棱鏡實現(xiàn)了簡單高效地制備三維光子晶體和三維光子準(zhǔn)晶,通過該方法可以簡單地擴展三維光子微結(jié)構(gòu)的橫截面面積,且可制備的三維光子微結(jié)構(gòu)種類多樣。(2)提出將一個尺度太大或者難以拍攝,以致實驗上無法直接觀察的圖像用多平面重建技術(shù)進行處理壓縮到有限的觀察空間的實驗和算法。(3)通過理論計算定量分析由中心帶孔的三光楔棱鏡制備的三維光子晶體,發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)并不是簡單地在二維結(jié)構(gòu)上添加上第三個維度,其與光軸垂直的橫截面由三套前后交錯的晶格相互嵌套而成。(4)通過實驗與理論相結(jié)合提出了一種借助改變光楔楔角角度來改變多光束的偏折角度,實現(xiàn)調(diào)控三維光子晶體/準(zhǔn)晶周期的方法。(5)以光誘導(dǎo)法借助純相位空間光調(diào)制器產(chǎn)生的貝塞爾光束制備環(huán)形光波導(dǎo),證明了用光誘導(dǎo)法制備光波導(dǎo)的可行性。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN252;O734
【部分圖文】：

光折變效應(yīng)能帶示意圖

蝴蝶翅膀上的光子晶體微結(jié)構(gòu)示意圖

一維，二維，三維光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖

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本文編號：2827649