集成光学是一种极具应用前景的光信号处理技术,被认为是集成电路之后的又一次信息技术的飞跃。要实现光的集成,其基础就是光的处理与调控。实现光的调控有很多种形式,但一个重要的基础就是对光的波前进行调控。本论文将介绍基于周期结构的波前调控的研究及其应用。我们利用周期性的人工微结构材料(如周期极化铌酸锂)在纵向或横向上对光或声的波前进行调节,研究了传播过程中波前的演化以及场的分布情况。最后分析了这种周期性的波前调控技术的在纳米除尘、液晶光取向等若干领域中的应用。1.我们基于具有周期压电系数的离子型声子晶体(周期极化铌酸锂)提出了一种新型的表面声子极化激元模式。由于压电效应引起的极化作用,能够在周期极化铌酸锂中激发出一种等效声子。这种等效声子与外界电磁场耦合形成一种极化激元,表现为其介电响应相对于离子晶体向长波方向移动,其介电常数在特定频域内为负值。基于此我们提出了一种新型的微波波段的表面声子极化激元模式,其波前具有与金属表面等离激元类似的调制特性。我们分析了这种特殊的表面模式的电场分布及传播行为,并对影响其传播距离的诸参数进行了讨论,进而提出了一种长程表面声子极化激元的传播模式,为微波或太赫兹波段的亚波长光学器件提供了一种可能的实施方案。2.周期极化铌酸锂除了能在外场下激发等效声子,形成离子型声子晶体。在应用上,还可以作为声学超晶格,产生高频体声波。作为一种经典波,声波具有很多类似于光的现象,基于此我们提出了基于周期极化铌酸锂的声塔尔伯特效应。塔尔伯特效应是一种近场衍射现象,最先在光学中被发现。实现光的塔尔伯特效应需要两个必要的条件,即相干光源和周期结构。而周期极化铌酸锂既是相干的声源,又在横向上具有周期性的调制,相当于将传统的光学塔尔伯特现象中的两个必备元件集成到一起。这种横向上周期性调制的声场在传播过程中会发生声的塔尔伯特效应,在空间中激发出二维的准驻波型声场。我们对声场的详细演化过程进行了分析,特别是在一些分数塔尔伯特距离处的声场实部分布。此外,我们提出这种二维的声场分布在超声团聚除尘(如PM2.5)技术中,有十分令人期待的应用。3.塔尔伯特效应是一种漂亮的光学现象,通过简单的一维结构可以产生复杂的二维场分布,即塔尔伯特地毯。这种效应不仅能够用在超声团聚除尘中,在液晶中也能得到非常好的应用。我们将塔尔伯特自成像效应引入液晶的光取向技术中,可以通过简单的一维光栅型光罩模板实现具有二维复杂图案分布的液晶取向。这是一种十分简便且高效的复杂图案液晶取向技术,可用于制备各种基于液晶的微结构器件。其具体的实现方法是将原本竖直放置的光栅倾斜,从而使衍射光场的塔尔伯特地毯能够投影到一个竖直的平面上,并用于光取向曝光,产生具有塔尔伯特地毯图案取向的液晶器件。这种特殊结构的液晶器件可以用作可调的马赫-曾德尔干涉仪阵列,在集成光学,甚至量子信息技术中将有重要的应用前景。