Bragg带隙的研究及其二维光子晶格波导的光学特性的分析

来源 :内蒙古师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tomjohn3168
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光子晶体是折射率在空间周期性变化的介电结构。当光波在周期性排列的光子晶格中传播时,由于在不同介质交界面处介质对光波的布拉格散射,光波将受到调制而形成能带结构,并导致在带与带之间出现光子带隙。频率落在带隙中的电磁波被禁止传播,或沿布拉格角传播的单色光子被衍射,完全偏离了原来的传播方向,形成布拉格禁带。但只具有光子禁带的光子晶格无法有效的控制光在其中的传播行为,我们在一块完美的光子晶体中引入某种缺陷,当缺陷模落在晶格的带隙内时,光波就会被局域在缺陷位置或沿缺陷传播。而且,光诱导光子晶格的方法是研究周期性光学微结构最简单、最便捷,而成本又最低的方法。研究不同晶格缺陷的光学特性,是实现用缺陷态光子晶格控制光波传输的先决条件。因此,用这种方法在LiNbO3:Fe晶体中研究光子晶格的禁带位置、带宽及点缺陷的植入对光子晶格的发展和应用具有十分重要的意义。本论文首先研究了利用振幅掩模的傅里叶变换法在LiNbO3:Fe晶体内制作的光子晶格中找到带隙的位置,讨论了影响光子禁带宽度的因素;其次对如何展宽光子禁带进行了实验研究;最后对LiNbO3:Fe晶体中点缺陷的制作与导光性质进行了研究。所完成的主要工作如下:1.利用双孔振幅掩模的傅里叶变换法在LiNbO3:Fe晶体中制作了一维光子晶格,并通过透射效率测出满足布拉格衍射条件的带隙角宽度,分析了在角度域范围内影响带宽的因素。2.利用振幅掩模的傅里叶变换法制得了一维光子晶格,在测得其带隙位置、带宽的基础上讨论了掩模的孔间距不变条件下,掩模孔的数目由3个增加到5个的晶格带隙情况。由实验观察发现了奇特的现象:布拉格衍射光的数目由2个增加到4个。从而使一个Bragg衍射角增加为多个Bragg衍射角,提高了非平行光的Bragg衍射效率。但这些衍射光是角分立的,如果能使这些衍射光成为角连续的,则能从根本上增大Bragg带宽,大大提高光子晶体光纤的导光能力。基于这种思想,我们利用孔间距为2mm的4孔振幅掩模制得的一维光子晶格中实现了多个Bragg带隙首尾相连,达到了带隙增宽的目的。从而,这种行之有效的办法对光能的利用率的提高有着极其重要的作用。这是本论文工作的一个创新点。3.利用交叉相位法在LiNbO3:Fe晶体制作了含点缺陷的二维四方晶格。通过对比不同的实验条件,找到了引入点缺陷后产生的缺陷模的最佳条件,并对二维缺陷结构使光波产生很强的局域性给出了一定的理论、解释。实验现象表明:缺陷对光波具有一定的局域作用。并且分析出缺陷和晶格的辐照时间、光学厚度的改变、o光和e光的选取以及点缺陷的大小对局域光的现象的好坏以及写入晶格的优劣情况有着不可忽略的影响。
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