光子晶体是二十世纪八十年代发现的一种人工微纳结构材料,被称为光子半导体,是光子集成、光子芯片最有前途的材料,广泛应用于光通信、光传感等各个领域。梯度光子晶体Graded photonic crystal,GPC是2005年发展起来的一类新型^PC结构,具有渐变的折射率分布,可以极大地扩展^PC的应用领域。基于^GPC结构的光学透镜,具有纳米聚焦、透射带宽大、像差小等优良特性,这些特性极大地丰富和拓展了^PC对光子的操纵和控制能力,对将来光学链路的简化和性能提升具有重要意义。本文利用多光束双锥干涉法设计和制作^GPC结构,通过调整光束性能参数调整^GPC结构,并基于得到的^GPC结构设计平板透镜,研究透镜的聚焦特性。本文主要研究内容如下:1.介绍了梯度光子晶体的研究现状和趋势,以及^GPC在光波导、光吸收器等应用领域尤其是聚焦透镜应用的研究进程。2.介绍了激光全息干涉理论、透镜的聚焦及傅里叶变换、有效介质理论,为后续^GPC透镜结构的设计及聚焦特性研究提供理论基础;简单介绍了有限元分析方法,以进行^GPC透镜对入射光束的聚焦特性的仿真分析。3.构建了多光束双锥干涉理论模型,通过改变模型参数和光束特性,设计了GPC_{结构阵列,即光强渐变分布的双周期}GPC_{结构。基于激光全息干涉理论,改}变内外锥光束夹角、光束光强及偏振特性等光束特性,研究了光束特性对^GPC结构的晶格周期、填充率及晶格边缘结构的影响;并通过调整内外锥干涉光束数量,设计了不同晶格结构的^GPC结构。实验上,利用实验室自主研发的双参数无顶棱镜搭建了双锥干涉实验装置,用显微摄像系统初步观察了^GPC结构。4.基于设计的^GPC结构中的光强分布,利用傅里叶变换法研究其聚焦特性,并在^Comsol软件中构建^GPC透镜,用有限元法模拟仿真透镜的光场传播及聚焦特性。将设计的^GPC结构光强分布作为透镜的透射函数进行傅里叶变换,从而观察透镜焦平面上的光强分布,得出透镜的聚焦特性。基于设计的^GPC结构中的光强分布,在^Comsol软件中设计和构建聚合物介质柱尺寸渐变的^GPC透镜结构,用有限元法研究透镜的光场传播及聚焦特性。仿真结果表明,^GPC结构透镜具有良好的聚焦效果。