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掺镁铌酸锂畴腐蚀可调位相阵列光分束器的研究

掺镁铌酸锂畴腐蚀可调位相阵列光分束器的研究

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作者：佟曼北京交通大学

学位级别：硕士

泰伯(Falbot)效应是一种光栅自成像现象,这种无需透镜的光学自成像现象被定义为泰伯(Falbot)效应。基于Talbot效应的阵列光分束器广泛应用于光计算、光存储、光通信等科技领域,吸引了大量学者的关注。掺镁铌酸锂(MgLN)晶体作为一种最成... 详细信息

泰伯(Falbot)效应是一种光栅自成像现象,这种无需透镜的光学自成像现象被定义为泰伯(Falbot)效应。基于Talbot效应的阵列光分束器广泛应用于光计算、光存储、光通信等科技领域,吸引了大量学者的关注。掺镁铌酸锂(MgLN)晶体作为一种最成功的非线性材料,有着极好的非线性光学性能,较广的透光范围、极强的抗光折变性能,使其成为制备周期阵列光分束器件的首选材料。我们首先制备了基于MgLN晶体的二维电光调制阵列光分束器,通过改变外加高压调制电场,成功调制了光分束器的近场衍射光强分布。近年来随着集成光学领域的极速发展,研究人员开始研究不施加外加电场的可调阵列光分束器件,因此我们制备了畴腐蚀结构掺镁铌酸锂二维阵列光分束器,通过改变光分束器的结构参数(占空比D和畴腐蚀深度力来实现对光分束器近场衍射光强分布的调制,有利于周期性阵列光分束器件在光学领域的进一步应用。本文主要研究的内容有：1.介绍了Talbot效应的起源、发展及应用。2.介绍了掺镁铌酸锂晶体的结构及其特性,研究了铁电晶体畴结构的极化反转机制。详细介绍了周期极化掺镁铌酸锂晶体的制备工艺。3.介绍了掺镁铌酸锂二维可调位相阵列光分束的理论基础,详细推导了掺镁铌酸锂阵列光分束的衍射方程。并通过MATLAB数值模拟得到了不同位相差△φ及不同占空比D在不同泰伯分数β处的光分束器近场衍射光强分布。4.详细介绍了畴腐蚀法制备掺镁铌酸锂晶体可调位相阵列光分束器的方法原理,实验设计并制备了具有不同占空比D及不同腐蚀深度d的畴腐蚀结构阵列光分束器,并对其进行通光实验,研究其分数Talbot效应。观察畴腐蚀可调位相阵列光分束器在不同参数条件下的Talbot光衍射自成像。并对比实验结果与数值模拟结果,发现吻合较好。

关键词：阵列光分束器 Talbot效应畴腐蚀掺镁铌酸锂

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外加电场调制二维六角位相阵列光分束器的研究

外加电场调制二维六角位相阵列光分束器的研究

引用

作者：李建光北京交通大学

学位级别：硕士

阵列光分束器是一种应用极为广泛的微光学器件,在光通信、光计算等领域发挥着重要的作用。随着集成光学的发展,对光学器件的性能、尺寸有了更高的要求。基于Talbot效应的阵列光分束器,由于其光波分束效果好,制备工艺简单且易于实现器件... 详细信息

阵列光分束器是一种应用极为广泛的微光学器件,在光通信、光计算等领域发挥着重要的作用。随着集成光学的发展,对光学器件的性能、尺寸有了更高的要求。基于Talbot效应的阵列光分束器,由于其光波分束效果好,制备工艺简单且易于实现器件的小型化集成,已成为目前主要研究的阵列器件之一。铌酸锂晶体作为一种优良的非线性光学铁电材料,用来制备阵列光分束器,可以实现外加电场下对阵列器位相差的调节,从而消除了环境温度对于阵列器的负面影响,提升了阵列光分束器的性能和衍射成像效果。本文对基于铌酸锂晶体的Talbot效应位相型阵列光分束器展开了理论和实验两方面的研究,主要内容有： 1.介绍了阵列光分束器的基本理论,包括其应用、类型以及研究进展。 2.对基于Talbot效应的阵列光分束器进行了理论分析,在此基础上,对外加电场调制Talbot位相型阵列光分束器的衍射成像建立了理论模型,并通过数值模拟得到了相应的衍射成像图。 3.在研究的理论基础上,设计并制备了Talbot二维六角阵列位相型光分束器,通过实验测试,成功观察到了Talbot衍射成像,很好的验证了模拟的结果,同时对于实验室制备阵列光分束器的方法进行了一定的总结。 4.以波长为532nm的半导体绿光激光器为光源,在较低电压下（0～1500V）成功实现了对阵列器进行后场均匀光强分布的调制,并对比了同成分铌酸锂晶体阵列光分束器和掺镁铌酸锂晶体阵列光分束器的成像效果。

关键词： Talbot效应阵列光分束器周期性极化铌酸锂外加电场调制

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基于周期极化掺镁铌酸锂晶体二维阵列光分束器的研究

基于周期极化掺镁铌酸锂晶体二维阵列光分束器的研究

引用

作者：范天伟北京交通大学

学位级别：硕士

1836年,***将一束单色平面光照射在一周期性阵列光栅上,发现在光栅后方一些特定位置,可观测到光栅的自身像,这种光学自成像现象被定义为泰伯(Talbot)效应。Talbot效应在周期性阵列光分束器件中广泛存在,正是由于Talbot效应所产生的自成... 详细信息

1836年,***将一束单色平面光照射在一周期性阵列光栅上,发现在光栅后方一些特定位置,可观测到光栅的自身像,这种光学自成像现象被定义为泰伯(Talbot)效应。Talbot效应在周期性阵列光分束器件中广泛存在,正是由于Talbot效应所产生的自成像的简洁与精细,关于这方面的研究已吸引了大量学者的关注。掺镁铌酸锂(MgLN)晶体有极好的非线性光学性能,使其成为研制周期性阵列光分束器件的首选材料。本文首先使用掺镁铌酸锂晶体制备了二维六角位相阵列光分束器,并对其Talbot效应进行了研究。通过调制外加电场,实现了对光分束器近场衍射光强分布的调制,在此基础上,研究了占空比D、位相差△ψ及泰伯分数β对光分束器近场衍射光强分布的影响。同时,随着集成光学领域的快速发展,人们更为期待不施加外调制电场下的可调阵列光分束器件,因此在前期研究基础上,制备了畴腐蚀掺镁铌酸锂二维阵列光分束器,可通过改变光分束器的腐蚀时间调制位相差△ψ,从而实现对近场衍射光强分布的调制,这为周期阵列光分束器件进一步在光学领域的应用打下了基础。本文主要研究的内容有：1.简要介绍了Talbot效应的由来、发展状况及其应用。2.介绍了掺镁铌酸锂晶体的结构及其特性,并对晶体铁电畴的极化反转机制进行了研究,通过外加极化电场法制备了周期极化掺镁铌酸锂晶体阵列光分束器。3.对外加电场可调位相阵列光分束器进行了理论研究,通过数值模拟得到了不同条件下的衍射自成像图。在理论研究的基础上,设计并制备了掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光分束器,对其进行了通光实验,实验结果与理论研究结果一致。4.理论分析了畴腐蚀掺镁铌酸锂晶体二维阵列光分束器在不同条件下的近场光衍射强度分布。在理论分析的基础上,设计并制备了具有不同占空比D及不同腐蚀程度的畴腐蚀阵列光分束器,对其进行通光实验,实验结果与理论分析结果相符。考虑到畴腐蚀会破坏阵列光分束器的表面结构,这并不利于其在精密光学领域中的应用,因此,下一步工作将围绕进一步减小光分束器腐蚀程度来展开。

关键词： Talbot效应阵列光分束器掺镁铌酸锂衍射

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