周期准周期晶格波场及其涡旋研究

发布时间：2020-02-19 14:29

【摘要】：近年来,周期性微结构在光子学中的应用成为研究的一个热点,得到了国内外科研人员的广泛关注。光子晶格是一种介电系数在空间上呈周期性变化的人工微结构。作为一种新型的光学材料,光子晶格的周期性带隙结构为人们控制和操纵光波的传播提供了一条新的途径,在光学领域有着广阔的应用前景。传统的制作光子晶格的方法大都存在着工艺复杂,成本昂贵,难于大面积生产等问题;新兴的光诱导法以其简单便捷、成本低廉等特点,一经发现便得到了广泛应用。这种方法是利用光学介质的光折变效应,由入射光场强度的周期性或准周期性分布来诱导非线性介质内部的折射率产生相应变化分布,从而形成光子晶体。生成实验上所需的周期性的无衍射离散波场,是进一步研究光子晶体的前提和基础。目前比较简单的方法是利用多光束干涉来产生晶格波场,基于此原理,近年来科研人员利用掩膜法和空间光调制器法实现了多种波场的生成和研究,取得了不少具有应用价值的成果。这其中的涡旋晶格波场因其独特性质在光镊和向微观粒子输送轨道角动量的研究中具有广泛应用。因此研究生成不同模式的涡旋晶格波场是一个比较有意义的课题。本文针对六角周期波场,5角、12角准周期晶格波场及其中的涡旋结构进行讨论研究,主要做了如下工作:1.简单介绍了光诱导法,光子晶格的发展历史和研究背景,以及本课题的研究意义。2.对本文研究内容所涉及到的基本理论进行了简要介绍。主要包括光折变效应及其物理机制,无衍射光束及其基本类型,最后简要介绍了光子晶格及其结构特点并列举了目前光诱导制作光子晶格比较常见的两种实验装置。3.理论推导了利用多光束干涉方法生成的离散无衍射波场的物理表达式。用matlab模拟了在不同的相位模式调制下的6束无衍射光相干产生的二维六角晶格,并对此进行了分析比较,得出了一点有趣的结论;对生成的蜂窝状光子晶格和畸变蜂窝状光子晶格的光强图样的过渡进行研究,在此方法下找到了生成畸变蜂窝状光子晶格的最合适的相位调制;在此基础上模拟了相应的三维六角晶格波场。4.分别对添加了不同螺旋相位调制的5束光和12束光干涉模拟生成的晶格波场的光强图样进行对比,分析其在结构上的多重对称性并观察所得光场中存在的一些涡旋结构。利用空间光调制器来实现多光束干涉,对一些准周期和周期性的晶格波场的无衍射距离进行了测量,证实利用此种方法生成的离散无衍射光场能够满足光诱导法制作光子晶格的需求。5.利用计算机分别模拟得到了的两个三角、四角、六角光子晶格子光场在特定角度下叠加形成的新的周期性的光子晶格波场。讨论了改变子波场的不同尺寸比例后得到的光强图和相位图,对新光场的结构特点进行了分析和总结。
【图文】：

图 2-1 光电子激发与复合过程示意图模型如图 2-1 所示，其物理机制大致可分为五在着杂质或缺陷，，分别用来充当电荷的施主或受中施主的杂质就会被激发产生载流子。照下，光生载流子会通过浓度扩散[32]、外加电场漂移运动。载流子会被缺陷俘获。这些载流子会被重复激发阱俘获，最终形成正负电荷的空间分离。

山东师范大学硕士学位论文理交叉联系，在光的操控和光与物质的相互作用中有着广阔的物理前景同时也为新型器件的发展奠定了一定的理论基础。依据光子晶体的光子禁带的维度，它可以被分为一维、二维光子和三维光子晶体，电系数分别在一维、二维、三维方向上呈现周期性调制。如图 2- 2 所示。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O734

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本文编号：2581043