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1987年,E.Yablonovitch和S.John提出介电常数呈周期性分布的材料可以改变在其中传播的光子的行为,并称这种材料为光子晶体(光子晶格),由于其潜在的科学价值和应用前景受到各国科研人员的关注。国内外研究机构相继采用不同的方法对光子晶格的结构、理论、制作技术及其崭新的物理性质等进行了研究并取得了重大进展。目前国内外传统的制作技术存在制作周期长、制作的光子晶格面积小等缺点,限制了其应用的范围。近年来,光辐照技术被认为是一种直接、快速、低成本、高效益的光折变光子晶格制作技术,引起广泛关注。本文主要研究利用光学傅立叶变换、单光束扫描、掩模成像以及干涉技术在掺铁铌酸锂(LiNbO3:Fe)晶体中制作大面积光折变光子晶格的方法;理论和实验研究了应用观测系统对光写入光子晶格的折射率分布的测量方法;研究了In:Fe:LiNbO3晶体中近红外光辐照下的光折变效应。针对以上课题从理论到实验方案,对大面积光子晶格的制作和折射率分布的观测方法进行了深入研究。所完成的主要工作如下:1.从光折变动力学方程组出发对光折变晶体中光致折射率变化进行了理论分析。基于单马赫-曾德干涉仪装置和光束分析仪(LBA-PC)组成的观测系统,研究了光折变晶体中光致折射率变化的测量原理,提出了利用观测系统对折射率调制度进行三维可视化观测的方法。此外,在功率密度为毫瓦量级的连续激光辐照下,成功地利用上述方法对LiNbO3:Fe晶体中的光致折射率变化分布进行了测量。2.本文主要研究利用不同结构的辐照光场在光折变晶体中制作各种大面积光折变光子晶格的方法。提出了利用单片状光束扫描法和单马赫-曾德干涉法在光折变晶体中制作一维大面积平面光折变光子晶格;提出了一种制作并读出(2+1)维大面积光折变光子晶格的三马赫-曾德实验系统。并分别在LiNbO3:Fe晶体中进行了实验验证,制作了多层、交叉和正方格子型大面积光子晶格。3.通过几种光辐照技术在不同厚度LiNbO3:Fe晶体中制作了一维、(2+1)维大面积光折变光子晶格。实验研究了辐照光的偏振方向、辐照时间和晶体掺铁浓度、厚度对光子晶格及其折射率调制度的影响。给出了实现大面积、小周期光子晶格制作的实验参数,并对在实验中需要注意的问题进行了详细说明。4.在一维情况下,研究了光子晶格的全息干涉图的占空比与折射率调制度的关系。5.在实验中利用近红外弱光在In:Fe:LiNbO3晶体中实现了光致折射率变化效应。对于采用近红外弱光辐照引起的晶体折射率变化规律不同于可见光波段辐照的实验结果进行了实验研究和理论分析。实验上研究了辐照光的偏振态、光强及辐照时间三者对光致折射率变化的影响。理论上分析了近红外弱光引起In:Fe:LiNbO3晶体光折变效应的物理机制及其折射率变化规律。