發(fā)布時(shí)間：2020-02-19 14:29

【摘要】：近年來(lái),周期性微結(jié)構(gòu)在光子學(xué)中的應(yīng)用成為研究的一個(gè)熱點(diǎn),得到了國(guó)內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。光子晶格是一種介電系數(shù)在空間上呈周期性變化的人工微結(jié)構(gòu)。作為一種新型的光學(xué)材料,光子晶格的周期性帶隙結(jié)構(gòu)為人們控制和操縱光波的傳播提供了一條新的途徑,在光學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的制作光子晶格的方法大都存在著工藝復(fù)雜,成本昂貴,難于大面積生產(chǎn)等問(wèn)題;新興的光誘導(dǎo)法以其簡(jiǎn)單便捷、成本低廉等特點(diǎn),一經(jīng)發(fā)現(xiàn)便得到了廣泛應(yīng)用。這種方法是利用光學(xué)介質(zhì)的光折變效應(yīng),由入射光場(chǎng)強(qiáng)度的周期性或準(zhǔn)周期性分布來(lái)誘導(dǎo)非線性介質(zhì)內(nèi)部的折射率產(chǎn)生相應(yīng)變化分布,從而形成光子晶體。生成實(shí)驗(yàn)上所需的周期性的無(wú)衍射離散波場(chǎng),是進(jìn)一步研究光子晶體的前提和基礎(chǔ)。目前比較簡(jiǎn)單的方法是利用多光束干涉來(lái)產(chǎn)生晶格波場(chǎng),基于此原理,近年來(lái)科研人員利用掩膜法和空間光調(diào)制器法實(shí)現(xiàn)了多種波場(chǎng)的生成和研究,取得了不少具有應(yīng)用價(jià)值的成果。這其中的渦旋晶格波場(chǎng)因其獨(dú)特性質(zhì)在光鑷和向微觀粒子輸送軌道角動(dòng)量的研究中具有廣泛應(yīng)用。因此研究生成不同模式的渦旋晶格波場(chǎng)是一個(gè)比較有意義的課題。本文針對(duì)六角周期波場(chǎng),5角、12角準(zhǔn)周期晶格波場(chǎng)及其中的渦旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論研究,主要做了如下工作:1.簡(jiǎn)單介紹了光誘導(dǎo)法,光子晶格的發(fā)展歷史和研究背景,以及本課題的研究意義。2.對(duì)本文研究?jī)?nèi)容所涉及到的基本理論進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。主要包括光折變效應(yīng)及其物理機(jī)制,無(wú)衍射光束及其基本類型,最后簡(jiǎn)要介紹了光子晶格及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并列舉了目前光誘導(dǎo)制作光子晶格比較常見的兩種實(shí)驗(yàn)裝置。3.理論推導(dǎo)了利用多光束干涉方法生成的離散無(wú)衍射波場(chǎng)的物理表達(dá)式。用matlab模擬了在不同的相位模式調(diào)制下的6束無(wú)衍射光相干產(chǎn)生的二維六角晶格,并對(duì)此進(jìn)行了分析比較,得出了一點(diǎn)有趣的結(jié)論;對(duì)生成的蜂窩狀光子晶格和畸變蜂窩狀光子晶格的光強(qiáng)圖樣的過(guò)渡進(jìn)行研究,在此方法下找到了生成畸變蜂窩狀光子晶格的最合適的相位調(diào)制;在此基礎(chǔ)上模擬了相應(yīng)的三維六角晶格波場(chǎng)。4.分別對(duì)添加了不同螺旋相位調(diào)制的5束光和12束光干涉模擬生成的晶格波場(chǎng)的光強(qiáng)圖樣進(jìn)行對(duì)比,分析其在結(jié)構(gòu)上的多重對(duì)稱性并觀察所得光場(chǎng)中存在的一些渦旋結(jié)構(gòu)。利用空間光調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)多光束干涉,對(duì)一些準(zhǔn)周期和周期性的晶格波場(chǎng)的無(wú)衍射距離進(jìn)行了測(cè)量,證實(shí)利用此種方法生成的離散無(wú)衍射光場(chǎng)能夠滿足光誘導(dǎo)法制作光子晶格的需求。5.利用計(jì)算機(jī)分別模擬得到了的兩個(gè)三角、四角、六角光子晶格子光場(chǎng)在特定角度下疊加形成的新的周期性的光子晶格波場(chǎng)。討論了改變子波場(chǎng)的不同尺寸比例后得到的光強(qiáng)圖和相位圖,對(duì)新光場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析和總結(jié)。
【圖文】：

圖 2-1 光電子激發(fā)與復(fù)合過(guò)程示意圖模型如圖 2-1 所示，其物理機(jī)制大致可分為五在著雜質(zhì)或缺陷，，分別用來(lái)充當(dāng)電荷的施主或受中施主的雜質(zhì)就會(huì)被激發(fā)產(chǎn)生載流子。照下，光生載流子會(huì)通過(guò)濃度擴(kuò)散[32]、外加電場(chǎng)漂移運(yùn)動(dòng)。載流子會(huì)被缺陷俘獲。這些載流子會(huì)被重復(fù)激發(fā)阱俘獲，最終形成正負(fù)電荷的空間分離。

山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文理交叉聯(lián)系，在光的操控和光與物質(zhì)的相互作用中有著廣闊的物理前景同時(shí)也為新型器件的發(fā)展奠定了一定的理論基礎(chǔ)。依據(jù)光子晶體的光子禁帶的維度，它可以被分為一維、二維光子和三維光子晶體，電系數(shù)分別在一維、二維、三維方向上呈現(xiàn)周期性調(diào)制。如圖 2- 2 所示。
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O734

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本文編號(hào)：2581043