周期和准周期光子晶格的设计和研究

发布时间：2017-08-23 10:44

  本文关键词：周期和准周期光子晶格的设计和研究

  更多相关文章： 无衍射光束 光子晶格 周期性晶格光场 空间滤波

【摘要】：近年来,一种用全光学手段,使非线性光折变晶体在空间上具有周期性折射率调制性质的方法制作出的人工微结构,即光子晶格,得到了国内外研究人员的广泛研究。这种新型光学材料具有人工可操控的周期性的带隙结构,可以用来控制光波的传输,因此其在光通信、光开关、光孤子和奇点光学等领域具有很大的潜在应用价值。制作光子晶体的传统方法比如化学刻蚀、精密加工等存在技术复杂、成本昂贵、制作的晶格周期较少等缺点,阻碍了光子晶体的发展。而新兴的光诱导法制作的光子晶格很好地解决了这些问题。光诱导法制作光子晶格最重要的一步是产生相应的周期性离散无衍射光场,然后将这些无衍射光场诱导进光折变晶体中。目前,人们已经用傅里叶变换法和空间滤波法制作出了二维Kagome、石墨烯、蜂窝状光子晶格等周期性光子晶格,部分准周期光子晶格,六角梯度无衍射光子晶格,部分缺陷态光子晶格,三维螺旋光子晶格以及超晶格等等。这些光子晶格结构有的在自然界中常见,还有的具有很大的研究价值。因此,研究和设计离散无衍射晶格光场成为一个非常有意义的课题。在本课题中,主要做了如下工作:1.简要介绍光子晶体和光子晶格的研究历史和背景,周期性和准周期性光子晶格以及本课题的研究意义。2.介绍光诱导法制作光子晶格的物理机制;列出了两种当前国内外比较流行的光诱导方法,并分析其各自的优缺点;介绍无衍射光束,强调该类型光束在制作二维光子晶格流程中的地位。3.参考掩膜法产生无衍射光束的光路,用计算机任意构建振幅和相位掩膜,设计振幅掩膜与螺旋相位掩膜的复合掩膜,模拟产生的不同类型的无衍射光束,分析这些无衍射光束的相位分布并简单说明无衍射光束的类型和涡旋相位掩膜拓扑荷之间联系。用matlab数值模拟产生这些无衍射光束的强度图和对应的相位图,将这些相位图分别加载到纯相位空间光调制器中,用空间滤波法产生其对应的无衍射光束;引入参考光,实验验证这些光束的相位分布。4.研究两个四重对称性和六重对称性离散无衍射光束的叠加,分析得出当两个光束的频谱在横向具有某些特定角度时,最终叠加的光场具有周期性。然后改变其中一个光束的初相位,产生了不同类型的周期性叠加光场,使用与第3部分同样的方法在实验中得到了这些光场。研究发现,任何具有涡旋相位结构的光场都可以通过引入一束中心光束得到螺旋相位晶格光场;所有这些光场都可以诱导制作非线性光子晶格,从而为研究光子晶格中光束的传播、光孤子形成以及各种光开关的设计奠定基础。
【关键词】：无衍射光束 光子晶格 周期性晶格光场 空间滤波
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734
【目录】：

• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 绪论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 本论文的主要工作12-14
• 第二章 基本理论14-24
• 2.1 无衍射光束14-16
• 2.1.1 无衍射光束的概念和分类14-15
• 2.1.2 离散无衍射光束15-16
• 2.2 标量衍射近似推导多光束干涉公式16-19
• 2.2.1 由Maxwell方程组推导Helmholtz方程16-18
• 2.2.2 由单个平面波表达式推导多平面光干涉18-19
• 2.3 光诱导法制作光子晶格19-24
• 2.3.1 光诱导法的基本原理19-20
• 2.3.2 光诱导法制作光子晶格20-24
• 第三章 多光束干涉光场的相位分布分析24-36
• 3.1 前言24
• 3.2 多光束相干场的相位分析24-32
• 3.2.1 偶数条平面光干涉场24-29
• 3.2.2 奇数条平面光干涉场29-32
• 3.2.3 相干光场的一些规律32
• 3.3 多光束相干场的实验实现32-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 周期性光子晶格诱导光场设计36-48
• 4.1 相位设计法的介绍及应用36-37
• 4.2 相位设计法制作二维周期性晶格光场37-46
• 4.2.1 周期性晶格光场的设计37-41
• 4.2.2 周期性晶格光场的模拟和实验分析41-46
• 4.3 本章小结46-48
• 第五章 总结和展望48-50
• 5.1 本论文的主要工作48
• 5.2 下一步的工作展望48-50
• 参考文献50-56
• 攻读硕士学位期间发表的论文56-57
• 致谢57

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本文编号：724610