本文關(guān)鍵詞：周期和準(zhǔn)周期光子晶格的設(shè)計和研究

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【摘要】：近年來,一種用全光學(xué)手段,使非線性光折變晶體在空間上具有周期性折射率調(diào)制性質(zhì)的方法制作出的人工微結(jié)構(gòu),即光子晶格,得到了國內(nèi)外研究人員的廣泛研究。這種新型光學(xué)材料具有人工可操控的周期性的帶隙結(jié)構(gòu),可以用來控制光波的傳輸,因此其在光通信、光開關(guān)、光孤子和奇點光學(xué)等領(lǐng)域具有很大的潛在應(yīng)用價值。制作光子晶體的傳統(tǒng)方法比如化學(xué)刻蝕、精密加工等存在技術(shù)復(fù)雜、成本昂貴、制作的晶格周期較少等缺點,阻礙了光子晶體的發(fā)展。而新興的光誘導(dǎo)法制作的光子晶格很好地解決了這些問題。光誘導(dǎo)法制作光子晶格最重要的一步是產(chǎn)生相應(yīng)的周期性離散無衍射光場,然后將這些無衍射光場誘導(dǎo)進光折變晶體中。目前,人們已經(jīng)用傅里葉變換法和空間濾波法制作出了二維Kagome、石墨烯、蜂窩狀光子晶格等周期性光子晶格,部分準(zhǔn)周期光子晶格,六角梯度無衍射光子晶格,部分缺陷態(tài)光子晶格,三維螺旋光子晶格以及超晶格等等。這些光子晶格結(jié)構(gòu)有的在自然界中常見,還有的具有很大的研究價值。因此,研究和設(shè)計離散無衍射晶格光場成為一個非常有意義的課題。在本課題中,主要做了如下工作:1.簡要介紹光子晶體和光子晶格的研究歷史和背景,周期性和準(zhǔn)周期性光子晶格以及本課題的研究意義。2.介紹光誘導(dǎo)法制作光子晶格的物理機制;列出了兩種當(dāng)前國內(nèi)外比較流行的光誘導(dǎo)方法,并分析其各自的優(yōu)缺點;介紹無衍射光束,強調(diào)該類型光束在制作二維光子晶格流程中的地位。3.參考掩膜法產(chǎn)生無衍射光束的光路,用計算機任意構(gòu)建振幅和相位掩膜,設(shè)計振幅掩膜與螺旋相位掩膜的復(fù)合掩膜,模擬產(chǎn)生的不同類型的無衍射光束,分析這些無衍射光束的相位分布并簡單說明無衍射光束的類型和渦旋相位掩膜拓撲荷之間聯(lián)系。用matlab數(shù)值模擬產(chǎn)生這些無衍射光束的強度圖和對應(yīng)的相位圖,將這些相位圖分別加載到純相位空間光調(diào)制器中,用空間濾波法產(chǎn)生其對應(yīng)的無衍射光束;引入?yún)⒖脊?實驗驗證這些光束的相位分布。4.研究兩個四重對稱性和六重對稱性離散無衍射光束的疊加,分析得出當(dāng)兩個光束的頻譜在橫向具有某些特定角度時,最終疊加的光場具有周期性。然后改變其中一個光束的初相位,產(chǎn)生了不同類型的周期性疊加光場,使用與第3部分同樣的方法在實驗中得到了這些光場。研究發(fā)現(xiàn),任何具有渦旋相位結(jié)構(gòu)的光場都可以通過引入一束中心光束得到螺旋相位晶格光場;所有這些光場都可以誘導(dǎo)制作非線性光子晶格,從而為研究光子晶格中光束的傳播、光孤子形成以及各種光開關(guān)的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：無衍射光束 光子晶格 周期性晶格光場 空間濾波
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O734
【目錄】：

• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 引言10-11
• 1.2 光子晶格基本概念和研究背景11-12
• 1.3 本論文的主要工作12-14
• 第二章 基本理論14-24
• 2.1 無衍射光束14-16
• 2.1.1 無衍射光束的概念和分類14-15
• 2.1.2 離散無衍射光束15-16
• 2.2 標(biāo)量衍射近似推導(dǎo)多光束干涉公式16-19
• 2.2.1 由Maxwell方程組推導(dǎo)Helmholtz方程16-18
• 2.2.2 由單個平面波表達式推導(dǎo)多平面光干涉18-19
• 2.3 光誘導(dǎo)法制作光子晶格19-24
• 2.3.1 光誘導(dǎo)法的基本原理19-20
• 2.3.2 光誘導(dǎo)法制作光子晶格20-24
• 第三章 多光束干涉光場的相位分布分析24-36
• 3.1 前言24
• 3.2 多光束相干場的相位分析24-32
• 3.2.1 偶數(shù)條平面光干涉場24-29
• 3.2.2 奇數(shù)條平面光干涉場29-32
• 3.2.3 相干光場的一些規(guī)律32
• 3.3 多光束相干場的實驗實現(xiàn)32-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 周期性光子晶格誘導(dǎo)光場設(shè)計36-48
• 4.1 相位設(shè)計法的介紹及應(yīng)用36-37
• 4.2 相位設(shè)計法制作二維周期性晶格光場37-46
• 4.2.1 周期性晶格光場的設(shè)計37-41
• 4.2.2 周期性晶格光場的模擬和實驗分析41-46
• 4.3 本章小結(jié)46-48
• 第五章 總結(jié)和展望48-50
• 5.1 本論文的主要工作48
• 5.2 下一步的工作展望48-50
• 參考文獻50-56
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文56-57
• 致謝57

【相似文獻】

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本文編號：724610