用光学全息方法制作准晶光子晶体

理论分析表明,用5束相干光干涉可以制作10重对称的准晶光子晶体.实验中,为了简化光路,利用5个光栅对一束平行光进行衍射,通过控制5个光栅的分布及光栅常数,进而得到制作10重对称准晶所需的5个光束偏转角度.实验结果与计算结果完全相符.     

电抽运有机准晶光子晶体激光器及其特性研究

利用有机共轭聚合物MEH-PPV优良的发光特性和光子晶体对光的调制特性,设计制备了有机半导体二维平板的准晶光子晶体激光器。该激光器是以MEH-PPV为增益介质,利用二维平板准晶光子晶体点缺陷和上下电极表面作为反射膜共同构建激光器的微腔,获得了具有激射效应的电抽运8重准晶垂直腔面发射激光器。该激光器的阈值电流为8 m A,激射波长为606 nm,谱线半峰全宽为0.5 nm,接近光纤光谱仪的分辨率极限。     

光子准晶微腔型传感器特性的研究

采用时域有限差分法,研究了八重光子准晶微腔型光学传感器的物理特性。研究结果表明,光子准晶微腔具有高品质的共振模,其场被高度局域在腔中心,并向周边对称性扩展,呈现出高度的八重旋转对称性。由于缺陷模场扩展到微腔的周边环境中,使得模场能与外部环境产生强烈的相互作用,因此实现了高灵敏度的光学传感。在光通信波段长1 550nm时,折射率灵敏度达到了700nm/RIU。研究结果为实现一类新型光子准晶型高灵敏度生物传感器提供了重要的依据。     

准周期光子晶体平板透镜的光会聚

提出了一种能够实现负折射的准周期光子晶体(QPC).该准晶光子晶体具有十二重对称性,由介质背景下空气孔的准周期阵列组成.用时域有限差分方法研究了电磁波通过该十二重准品后的传播行为.对劈形准品样品的研究表明,电磁波在该准晶结构中发生了负折射现象.进一步利用该准晶制成平行平板,研究了平板的表面截面对电磁波传播的影响.发现改变平板的表面截面,可以调节电磁场在板后的分布.在合适的界面条件下,准晶平板对电磁波实现了会聚.因此,在实际应用中应仔细选择适当的界面参数.     

准晶结构的激光全息人工制作

报道了用激光全息刻写技术结合感光聚合材料体系制作介观尺度二维准周期结构(准晶). 并在前期工作的基础上，研究了不同曝光量对二维空气柱孔径的影响，不同偏振对准晶结构花样的影响. 实验结果显示，可以制作的二维准晶的空气柱孔径可达100nm，而且结构均匀，无缺陷面积大. 用此实验系统可以制作多种花样二维甚至是三维准晶结构. 目前，除激光全息刻写技术外，用其他传统精密机械加工技术来人工制作介观准晶体尚存在很大挑战性. 关键词： 准晶结构 光子晶体 激光全息技术     

折射率导模高双折射光子晶体光纤

与传统光纤相比,光子晶体光纤芯区与包层之间具有更高的折射率差,并且制作过程中可以灵活地制造各种对称与非对称结构,这为在光子晶体光纤中实现高双折射提供了可能。应用全矢量模型分析一种折射率导模高双折射光子晶体光纤,其包层采用两种尺寸的空气孔,使该光纤具有二重旋转对称性,原来简并的两个正交偏振模不再简并,呈现出较高的双折射,模式双折射比普通的保偏光纤高至少一个量级。分析结果表明,在波长1540nm,其拍长可达0．4067mm。理论分析结果与实验测量结果相吻合。     

单级衍射量子点阵光栅的聚焦离子束直写法制备及光学性能检测

采用聚焦离子束直写技术,成功制作了面积为200μm×200μm,线密度500 mm 1,圆孔直径800 nm,金吸收体厚度为500 nm的单级衍射量子点阵光栅.研究了该光栅在波长442 nm激光下不同传输距离的衍射特性以及相对衍射效率.实验结果表明,量子点阵光栅不存在高级衍射,只保留了±1级和0级衍射,具有良好的单级衍射特性.1级衍射与0级衍射间距随传输距离的增大而增大,实测值与理论计算值相符.     

基于超晶格结构衍射图的倒易矢量分布

根据超晶格结构的激光衍射图,提出了一种定量确定倒易矢量分布的实验方法.首先,将正方形周期超晶格结构作为参考光栅,得到其衍射图.根据傅里叶光学理论,计算出基本倒易矢量的大小,与衍射图上的几何长度建立标尺关系.通过引入矩形超晶格结构,证明了该方法在周期超晶格结构中的可行性.其次,将H型和谢尔宾斯基分形超晶格结构作为光栅,获得的衍射图与正方形结构衍射图进行对比.由衍射点间的几何长度比值,推算出分形衍射图中的倒易矢量分布.根据倒易矢量和准相位匹配谐频的基频波长之间的定量关系,理论计算出能够进行的谐频波长.最后,实验制备分形结构LiNbO3非线性光子晶体,探测准相位匹配倍频,所实现的倍频波长与理论计算值相吻合.谢尔宾斯基分形结构光栅在理论与实验上均可实现1.352μm的有效倍频输出.     

准完全带隙胶体非晶光子晶体

三维面心立方结构的固有的高对称性使其只具备非完全光子带隙,而非晶结构可降低对称性导致准完全光子带隙的出现.实验结果表明非晶胶状晶体具有准完全光子带隙.非晶胶状光子晶体中的光子带隙的禁带宽度与波长均不随光入射到样品池的角度的变化而明显变化.其禁带宽度比SiO₂小球面心单晶的禁带宽度宽得多 关键词： 光子带隙 非晶 光谱     

准光子晶体光纤的色散特性

设计了几种在较宽的通信区域色散平坦的准光子晶体光纤(PQF),借助于全矢量有限元法,分别研究了基于双包层结构的2种准晶格光子晶体光纤的色散特性。数值模拟结果指出:对于PQF1,通过合理选择结构的参数,在光通信窗口1.45～1.65μm的范围内准光子晶体光纤的色散数值可以控制在-2.41±0.28ps/(km.nm)。小幅度增大孔间距,可在1.350～1.736μm的较宽波长范围内得到一条近零平坦色散曲线,其色散值|D|可以控制在1 ps/(km.nm)左右,达到-0.45～0.57 ps/(km.nm)。对于PQF2,在1.45～1.68μm的范围内其色散值可以控制在4.795±0.355 ps/(km.nm)。     

十二重准晶光子结构中的负折射与成像

最近实验证明周期性的光子晶体中存在电磁波的负折射现象，并且观测到亚波长成像．然而，这些研究主要集中在剧期性结构中，对非周期结构的研究还没有相关的报道。文章报道了一种新的理论和实验结果：非周期性十二重准晶光子结构同样存在负折射，并且可以实现超透镜的远场成像。具有这些特性的光子准晶可以广泛的应用于光集成器件中。     

高衍射效率衍射望远镜系统的设计/加工及成像性能测试

为提高衍射效率,设计并制作了口径为300mm的衍射成像系统.该系统的物镜是由一块四台阶位相型菲涅尔波带片通过激光直写套刻和Ar离子束物理刻蚀技术在石英玻璃基板上加工而成.测试了衍射物镜的衍射效率,实验结果表明:衍射物镜在波长632.8nm处的衍射效率为66.4%,达到理论值的82%.搭建了衍射成像系统光路,分别采用10μm星点孔与分辨率板,测试了系统的成像性能.实验测得星点像直径为44μm,分辨率板的极限分辨率达到84lp/mm,接近该系统的理论计算值,表明该衍射成像系统具有较好的成像性能.     

人工构建二维准晶复合结构的减阻特性研究

采用旋转锥板式剪切力测试系统,测试了人工构建的具有五次、八次、十次、十二次对称性的二维准晶结构对甘油和水混合液的减阻性能,并与随机排列结构和周期排列结构的流阻进行了对比.对比试验发现：准晶结构具有显著的减阻效果,其中具有十二次对称性的二维准晶结构减阻效应最大,在剪切率为200—2000 s^-1时,剪切力减小的幅度从15%—9%,其最大减阻量可达到15.4%.进一步在所构建的大尺度二维准晶结构的表面,再复合制备微/纳米粗糙结构,这两种尺度的结构协和作用,可实现减阻效果明显提高. 关键词： 准晶结构 粗糙结构 十二次对称性 减阻     

一种带葡萄柚空气孔的高双折射ZrF_4-BaF_2-LaF_3-AlF_3-NaF光子准晶光纤

提出了一种具有二重对称性的ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF(ZBLAN)氟化物玻璃基的光子准晶光纤.光纤结构是以ZBLAN氟化物玻璃为背景材料,外包层由圆形空气孔以正方形与正三角形分布组成的基本单元构成,在芯区两侧引入两个对称的葡萄柚空气孔,以增加光纤的双折射.应用全矢量有限元法,研究了光纤的双折射和限制损耗特性与结构参数的关系.通过优化光纤结构参数,在1800—2200 nm的波长范围内获得了具有单模传输特性的高双折射光纤,其模式双折射高达10-2,比普通保偏光纤高出两个数量级,与目前报道的采用椭圆空气孔微结构光纤获得的高双折射具有同样的量级.但与具有椭圆空气孔微结构光纤相比,提出的光纤结构更易于制作.研究结果为开辟2μm波段光器件的研究做出了有益的探索.     

准单色近平行光束的X射线源

针对准单色近平行光束X射线背光成像诊断需求,提出了一种用球面弯晶进行X射线衍射选单从而获取准直光束的新方案.在神光Ⅱ装置上,设计了基于球面弯晶X射线衍射选单准直光束系统,完成了该系统的安装、调试和实验应用,获得了准单色(10~(-3)△λ/λ10~(-2))、小发散角(2 mrad)和大辐照匀斑(直径φ500 m)的X射线光源.同时基于衍射光学和球面镜成像理论,研究了不同布拉格角对球面弯晶X射线衍射光束发散角及其像散差的影响.结果表明,布拉格角会影响球面弯晶X射线衍射光束的发散角.用控制布拉格角范围的方法有望获得发散角优于1 mrad的近平行光束X射线光源.这种准单色、极小发散度和均匀角分布的X射线光源可应用于高分辨X射线成像诊断.     

寻找囚禁在光腔中的玻色-爱因斯坦凝聚体的八重准晶

准晶是一种拥有长程序但不具有周期性结构的一种物质.实验上通过将玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)放置在一个由四个光学腔组成的系统中,通过四个腔中激光照射在凝聚体上从而得到具有八重旋转对称性的准晶.本文结合虚时演化方法和分步傅里叶法从理论上得到了八重准晶体.我们通过这种方法可以实现更为复杂的晶体结构,从而为将来探索新物质提供了可能.     

非水溶性光致聚合物光子晶体的研制

报道了一种新型的利用激光全息技术制作光子晶体的记录材料,即自制的非水溶性光致聚合物.用绿光作为光源对材料性能参量做简单测试,经测试其衍射效率可达85%,在波长为514.5 nm处拥有较高的吸收率,且该材料的后处理过程简单,只需热烘.利用Matlab简单模拟全息法制作光子晶体的过程,经模拟得到干涉的光束越多,光子晶体的晶格结构越复杂.设计了制作二维、三维光子晶体的实验光路,分光元件分别为掩模板和去顶棱镜.实验结果表明,利用非水溶性光致聚合物可制作大面积、大体积、耐高温和高强度的二、三维光子晶体,且其晶体结构与Matlab模拟的结果基本一致|利用非水溶性光致聚合物作为记录材料时,光路的搭建是影响实验结果的重要因素.     

激光直写制作的小F数连续浮雕衍射透镜轴向聚焦特性分析

为确定卷积效应以及深度制作误差对小F数连续浮雕衍射透镜(DOE)轴向聚焦特性影响,基于瑞利-索末菲衍射理论建立了激光直写制作的连续浮雕衍射透镜非旁轴近似轴向光强分布模型.该模型考虑了连续浮雕衍射透镜的轴向衍射聚焦特性与透镜结构参数、写入光斑尺寸和扫描间距以及深度制作误差的关系,克服了傍轴近似条件下传统模型的不精确性.为验证模型的正确性,用激光直写制作了设计波长为441.6 nm,F数为4以及相位匹配因子为3的连续浮雕衍射透镜,并测试了波长441.6 nm激光入射时透镜的轴向聚焦特性.实验与分析表明,该模型分析结果与实验测试结果符合,从而证实模型的有效性,为激光直写制作的小F数连续浮雕衍射透镜的应用提供了理论依据.     

晶体几何系列之三 准晶是高维晶体投影的证明

晶体中原子的排列具有平移对称性,平移对称性限制了晶体只有n=1,2,3,4,6次转动对称。发现有8-次,10-次,12-次转动对称的准晶。准晶结构是高维晶体结构的投影。晶体和准晶的定义统一于点状衍射花样。     

基于能带结构特性Si/ZnO多层膜的设计与制备

基于能带理论设计了一种用于红外高反射的新型一维光子晶体。根据麦克斯韦方程的传输矩阵计算基础,得到了布洛赫波与入射光频率的色散关系,并由此构建了光子晶体能带结构。入射光波在介电常数周期变化结构中的布里渊区边界多次反射后会形成驻波,从而产生光子禁带。叠加3～5μm和8～12μm两种周期结构的光子晶体可以使光子禁带拓宽2.2×1013 Hz。在此基础上,选用折射率色散小的材料体系Si/ZnO设计并制备了13层一维光子晶体,该晶体在3～5μm和8～12μm红外波段的平均反射率在91.3%以上。实验结果与仿真结果吻合,验证了模型和理论的高可靠性。