缺陷态光子晶格光学特性的研究

作     者：何冬梅 

作者单位：内蒙古师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨立森

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：光子晶格 缺陷态 光折变晶体 交叉相位法 网状缺陷 

摘      要：光纤通讯的实施开辟了以光子为载体的信息传递时代。控制光子流动的材料——光学半导体的研究成为了光子器件发展的瓶颈。自1987年,***提出光子晶体的概念以来,光子在周期性介电结构中传播的行为受到各国科研人员的关注。这种周期性介电结构材料称为光子晶体或光子晶格。但是完美的光子晶格存在光子带隙,从应用的角度来讲,只有带有缺陷的光子晶格才具备操控光子的能力。缺陷晶格的构造与研究是实现全光子集成器件的重要课题。目前,国内外研究机构对缺陷态光子晶格的结构进行了许多理论性研究,但是实验研究却很少,其主要原因是构造缺陷晶格比较困难。而光诱导的方法为缺陷态光子晶格的构造开辟了一条崭新的道路。 本文主要研究采用两种新的方法——交叉相位法和片光法,在光折变晶体掺铁铌酸锂(LiNbO3:Fe)中诱导带有不同缺陷的光子晶格,并对其控光的能力进行了研究,所完成的主要工作如下: 1.采用交叉相位法,在LiNbO3:Fe晶体中制作了带有不同微米量级线缺陷的二维光折变光子晶格。该方法的优点是光路易于组建,所制作的线缺陷细锐且可以消除衍射干扰。研究了线缺陷的宽窄、方向以及线缺陷之间的晶格数对缺陷控光能力的影响;观测了不同角度探测光的缺陷模位置,发现其缺陷模具有一定的宽度且位置可以在带隙中移动,并分别从实验和理论计算上得到了本实验条件下缺陷模的宽度,实验与理论吻合得很好;从稳态Kukhtarev方程组和双光束耦合理论出发,数值模拟了线缺陷光子晶格中的光强分布和折射率分布。 2.采用片光法,利用柱透镜整形出来的片状光束成功地在LiNbO3:Fe晶体中制作了单一线缺陷宽度为40μm的二维缺陷态光子晶格;分析和讨论诱导时间、写入光强比、掩膜孔间距和探测光频率对缺陷态晶格的光学特性的影响,找到了最佳实验条件;通过理论计算,对单一线缺陷光子晶格进行了数值模拟,实验与理论相吻合。 3.首次提出在光折变晶体中制作网状缺陷光子晶格的方法,并成功地在LiNbO3:Fe晶体中制作了二维网状缺陷光子晶格,且在缺陷中观察到了局域现象和叠加增强现象;为了得到最佳实验效果,从理论和实验两方面分析了影响缺陷写入的实验条件;通过理论计算,数值模拟了网状缺陷光子晶格的光强分布,实验与理论相吻合,从而证实了该方法的可行性,这对集成光路及光计算机的研制有积极的作用。