光子晶體拓?fù)鋺B(tài)的研究方興未艾。拓?fù)涔庾咏Y(jié)構(gòu)中存在的拓?fù)鋺B(tài)極為豐富,例如能帶結(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)的線(xiàn)節(jié)點(diǎn)、Dirac點(diǎn)或者Weyl點(diǎn)。如今,拓?fù)溟_(kāi)辟了一個(gè)全新的自由度,許多拓?fù)浣缑鎽B(tài)的傳輸不受制造缺陷的影響,因此可用于單向波導(dǎo),耦合效率或隔離器的集成。二維拓?fù)浔砻婵梢杂糜诒砻鎮(zhèn)鞲泻蜔晒庥?jì)數(shù)。與規(guī)則光學(xué)系統(tǒng)相比,Dirac和Weyl點(diǎn)處的模態(tài)數(shù)量不隨系統(tǒng)腔的尺寸而變化,實(shí)現(xiàn)光拓?fù)鋺B(tài)具有廣闊的應(yīng)用前景,這是一個(gè)內(nèi)容豐富且蓬勃發(fā)展的新興領(lǐng)域,對(duì)新型光學(xué)器件的研制具有重要意義。本文的主要工作是:在激光全息干涉理論的基礎(chǔ)上,計(jì)算模擬產(chǎn)生兩種拓?fù)涔庾咏Y(jié)構(gòu)(Gyroid和Chiral woodpile)的光路配置,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)制備以及研究提供理論指導(dǎo)。主要研究?jī)?nèi)容包括:首先,主要介紹拓?fù)�、光學(xué)拓?fù)鋺B(tài)的基本概念和國(guó)內(nèi)外拓?fù)涔鈱W(xué)的研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹兩種拓?fù)涔庾咏Y(jié)構(gòu)。其次,詳細(xì)介紹激光全息干涉的基本原理和光子結(jié)構(gòu)的理論模擬方法:一是基于光學(xué)晶格與倒易空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;二是基于干涉光場(chǎng)分布與周期結(jié)構(gòu)函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。再次,根據(jù)干涉光場(chǎng)分布與周期結(jié)構(gòu)函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,得出全息光刻技術(shù)制備Gyroid光子結(jié)構(gòu)的光路構(gòu)型和光束參數(shù);利用MATLAB數(shù)值計(jì)算,模擬驗(yàn)證該光路制備Gyroid光子結(jié)構(gòu)的可行性,并對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,光束參數(shù)的改變對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能造成的影響進(jìn)行了分析討論。然后,根據(jù)光學(xué)晶格與倒易空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,分析單次曝光產(chǎn)生Chiral woodpile光子結(jié)構(gòu)的光路構(gòu)型。同時(shí),提出通過(guò)三次曝光和旋轉(zhuǎn)樣品的方法獲得復(fù)式Chiral woodpile光子結(jié)構(gòu)的方法。最后,對(duì)本研究工作進(jìn)行總結(jié),得出結(jié)論,并在前期研究的基礎(chǔ)上對(duì)未來(lái)的工作進(jìn)行了展望。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：O469
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 前言
    1.1 光學(xué)拓?fù)鋺B(tài)
    1.2 拓?fù)涔庾咏Y(jié)構(gòu)
        1.2.1 Gyroid光子結(jié)構(gòu)
        1.2.2 Chiralwoodpile光子結(jié)構(gòu)
    1.3 拓?fù)涔庾咏Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用
    1.4 拓?fù)涔庾咏Y(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究
        1.4.1 生物光子結(jié)構(gòu)
        1.4.2 基于生物標(biāo)本的技術(shù)
        1.4.3 激光直寫(xiě)法（DLW）
        1.4.4 3D打印技術(shù)
        1.4.5 全息光刻技術(shù)（HL）
    1.5 論文的研究意義及主要內(nèi)容安排
2 全息干涉制備光子結(jié)構(gòu)基本原理
    2.1 光學(xué)晶格與倒易空間
        2.1.1 倒格矢定義
        2.1.2 波矢差與倒易矢量
        2.1.3 光學(xué)晶格對(duì)稱(chēng)性與光束幾何構(gòu)型的關(guān)系
        2.1.4 立方晶格的光束配置
    2.2 干涉光場(chǎng)分布與周期結(jié)構(gòu)函數(shù)
        2.2.1 周期性函數(shù)與結(jié)構(gòu)
        2.2.2 二維周期函數(shù)與結(jié)構(gòu)
        2.2.3 三維周期函數(shù)與結(jié)構(gòu)
        2.2.4 周期函數(shù)的組合
        2.2.5 干涉光場(chǎng)分布與傅里葉級(jí)數(shù)
    2.3 基于全息光刻制備三維周期結(jié)構(gòu)
    2.4 小結(jié)
3 Gyroid光子結(jié)構(gòu)的模擬研究
    3.1 光束構(gòu)型計(jì)算
    3.2 光束電場(chǎng)矢量的確定
    3.3 光束偏振態(tài)的確定
        3.3.1 橢圓偏振光
        3.3.2 橢圓偏振光的斯托克斯參數(shù)表示
        3.3.3 制備Gyroid光子結(jié)構(gòu)所需的光束偏振態(tài)
    3.4 Gyroid光子結(jié)構(gòu)的模擬驗(yàn)證
        3.4.1 Gyroid光子結(jié)構(gòu)的干涉模擬實(shí)現(xiàn)
        3.4.2 相位改變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響
        3.4.3 光強(qiáng)改變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響
    3.5 小結(jié)
4 Chiralwoodpile光子結(jié)構(gòu)的模擬研究
    4.1 單次曝光實(shí)現(xiàn)Chiralwoodpile結(jié)構(gòu)
        4.1.1 Chiralwoodpile光子結(jié)構(gòu)的晶格參數(shù)
        4.1.2 實(shí)現(xiàn)Chiralwoodpile光子結(jié)構(gòu)制備的光束構(gòu)型
    4.2 三次曝光實(shí)現(xiàn)復(fù)式Chiralwoodpile光子結(jié)構(gòu)
        4.2.1 實(shí)現(xiàn)復(fù)式Chiralwoodpile光子結(jié)構(gòu)制備的光束構(gòu)型
        4.2.2 第一次曝光,實(shí)現(xiàn)[010]方向棒
        4.2.3 第二次曝光,實(shí)現(xiàn)[1-10]方向棒
        4.2.4 第三次曝光,實(shí)現(xiàn)[110]方向棒
        4.2.5 干涉疊加
    4.3 小結(jié)
5 結(jié)論
展望
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文目錄

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2869216