微纳手性结构的全息制备模拟及光传输特性研究

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光子晶体是上个世纪末提出的一种新型人工制备结构,它以其特殊的周期结构以及可以调控光子传播的特性被称为“光半导体”,被认为是实现未来光子工业革命的材料基础。而从上世纪八十年代初开始,手性材料特殊的吸收特性及反射特性引起了科技界的重视,人们开始了对手性材料应用研究,如隐身材料、新型微波器件、微波透明天线罩等。将光子结构与手性材料相结合,制备手性光子结构成为当代前沿科研课题。作为制备光子结构的一种有效方法,激光全息光刻技术因其制备结构灵活,成本低,可大面积制备等优势,受到广泛的应用研究。本论文基于激光干涉理论,模拟分析了产生新颖手性光子结构的光路构型条件,为全息光刻实验制备了提供理论指导,促进手性光子结构应用研究进展;同时,为了研究光子结构对电磁波的调控,通过数值分析工具,初步模拟了特定光子结构的光传输特性。并结合文献以及课题组实验结果,重点对手性光子结构的圆偏振带隙进行了理论模拟,和实验结果符合较好。本文主要分为以下几部分:第一章主要介绍手性光子结构的基本概念和特征、目前国内外对手性结构的研究进展,以及手性光子结构的一般制备方法,阐述了本文的研究意义。第二章详细介绍了激光全息干涉的基本原理和光子结构的理论模拟方法。基于倒易空间理论和傅里叶变换理论,根据要实现的结构特征参量,计算推导出所需要的光路配置。第三章基于激光干涉理论,利用C语言编程,理论模拟了用4+1束光路实现各种手性螺旋结构的光路构型和光束参量,并分析了各参数对螺旋结构的影响。第四章通过打破光路的对称性,降低布里渊区的对称简并,利用非对称的5束光亦可以获得手性结构,模拟分析了不同参量条件下的结构特征。第五章根据电磁波理论,模拟分析了不同光子结构的光传输特性。重点分析研究了螺旋手性光子结构的圆二色性。
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