计算机模拟偏振对激光全息的影响

通过计算机对多束激光相干产生的空间干涉光场进行模拟,归纳出光束偏振态改变时,激光相干产生光学晶格效果的变化规律,提供了激光全息技术中激光束偏振态的最佳组合,使激光全息技术制作理想的亚微米单晶结构更方便快捷.还通过实验验证了理论模拟结果,实验结果与计算机模拟结果完全一致 关键词： 激光全息技术 偏振态 光学晶格 光子晶体     

亚微米结构的可见光聚合全息制作

报道用激光全息技术结合可见光光聚合制作周期结构的方法和物理机理;对多束激光相干产生的空间干涉光场进行了讨论;提供了一组激光束的偏振态的最佳组合,使激光全息技术制作理想的亚微米单晶结构更有效和快捷.分析了曝光量与制作效果的关系,此法可实现小球自排无法实现的大幅度占空比调节.与紫外光光聚合相比,可见光光聚合可在监视下调节,操作方便安全. 关键词： 激光全息技术 光学晶格 光子晶体     

激光全息光刻技术在微纳光子结构制备中的应用进展

微纳光子结构研究随着光子学、半导体物理学及微加工技术的发展而逐渐蓬勃开展,并在其结构、理论、制备技术等方面取得了系列进展。受限于目前的微加工技术水平,要成功制备大尺度、高质量的光子材料仍然存在着一定挑战。激光全息光刻技术作为一种简便快捷的微结构制作技术已经发展成为一种经济快速制作大面积微纳超材料及光子晶体模板的重要手段。介绍了激光全息光刻技术的原理,详细阐述了该技术在制作三维面心立方、木堆积结构、金刚石结构光子晶体以及光学周期类准晶、手性超材料、周期性缺陷结构等微纳光子结构中的应用研究进展。激光全息光刻技术成功制作微纳光子结构为光子材料在更多领域的广泛应用提供了基础和方法。     

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     

高质量高取向(100)面金刚石膜的可控性生长

应用微波等离子体化学气相沉积技术, 在低气压下对(100)晶面金刚石膜的表面形貌、质量、取向和生长率进行了可控性生长研究. 结果表明: 基片温度与甲烷浓度对(100)晶面金刚石膜的生长存在耦合规律. 为了获得表面形貌相似的(100)晶面金刚石膜, 在沉积过程中, 增加碳源浓度的同时需要同时升高基片温度; 当甲烷浓度为3.0%, 基片温度从740 ℃上升至1100 ℃ 的过程中, 金刚石膜的晶面取向变化可分为五个阶段, 其中当基片温度在860 ℃至930 ℃时, 很适合高取向(100)晶面金刚石膜生长; 另外, 金刚石膜的质量和生长速率分别与基片温度和甲烷浓度成正比. 为了获得高质量高取向(100)晶面金刚石膜, 应当选择合适的基片温度和甲烷浓度.     

非线性曝光对三维全息光子晶体禁带特性的影响

从理论和实验两方面研究了非线性曝光对全息方法制作光子晶体的影响.使用低折射率材料（n=152）制作了金刚石结构光子晶体,通过控制曝光量使记录介质工作在非线性曝光区域,发现光子禁带的特性得到了明显的改善.并由此提出了用低折射率材料实现全空间禁带的设想. 关键词： 光子晶体 光学全息 非线性曝光     

具有四面体结构的晶格模型的简易制作

本文介绍了用金属丝和厚纸板等材料制作金刚石、闪锌矿、黄铜矿和纤锌矿结构的晶格模型的方法，并利用这些模型进行了各种晶格结构的观察试验．这些方法简单易行、便于学生自行制作，可达到形象教学的效果．     

全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率

为了提高GaN基发光二极管(LED)的外量子效率,在蓝宝石衬底制作了二维光子晶体.衬底上的二维光子晶体结构采用激光全息技术和感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术制作,然后采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)技术在图形蓝宝石衬底(PSS)上生长2μm厚的n型GaN层,4层量子阱和200nm厚的p型GaN层,形成LED结构.衬底上制作的二维光子晶体为六角晶格结构,晶格常数为3.8μm,刻蚀深度为800nm.LED器件光强输出测试结果显示,在PSS上制作的LED(PSS-LED)的发光强度普遍高于蓝宝石平 关键词： 全息 发光二极管 图形蓝宝石衬底 外量子效率     

全息干涉光学格点一到三维空间维度的简捷变换

采用计算机模拟技术,研究了激光全息干涉光学格点从一维、二维到三维的简易空间变换.采用镜像添加光束技术,改变光束配置,可以较容易地实现干涉场光学格点从二维到三维的空间变换.进一步研究发现,若改变入射光束的偏振方向,干涉场可由三维结构变为一维层状结构,并且层状结构周期最小可达半个光波长.本文对全息光刻制作各种空间维度,尤其是光学波段禁带的光子晶体提供了简捷可行的实验技术思路.     

体积全息图中的光子禁带

利用光子晶体的概念和方法分析光学全息,用光子晶体的带结构解释了体积全息图的性质.与超晶格不同,全息光子晶体的介电常量是渐变而不是突变的.着重讨论了一维非倾斜反射全息图在再现光不同角度入射情况下禁带结构的性质,通过基元反射全息实验的验证,证明体全息的禁带分析与实验结果符合得很好. 关键词： 体积全息图 光子晶体 禁带     

二氧化硅蛋白石光子晶体中粒子重构对光学性质的影响

使用自组装法制备了蛋白石结构二氧化硅纳米球三维光子晶体,并对样品在150,300,450℃温度下进行了热处理.随热处理温度的升高,光子晶体禁带中心波长出现22.5 nm的蓝移,且禁带宽度变窄.对于在450℃热处理的样品,其测量的禁带中心波长为572.5 nm,与理论计算结果有较大差异.引起样品光学特性变化的原因是热处理...     

Two-dimensional Si photonic crystals on oxide using SOI substrate

Two-dimensional photonic crystals (2D-PhCs) on oxide can be easily incorporated into photonic integrated circuits. Although an asymmetrical structure (air/PhC/oxide) is advantageous in terms of ease of fabrication, it has been pointed out that such a structure may have no photonic band gap (PBG). To clarify the characteristics of the asymmetrical structure, we calculated the band structure using the three-dimensional (3D) FDTD method and measured the transmission characteristics of a fabricated 2D Si-PhC on oxide. The calculations show that we can use a quasi-PBG even in an asymmetrical structure when the PhC thickness satisfies the single-mode condition. The measured transmission characteristics correspond to the calculated band structure and reveal the existence of a quasi-PBG. These results show that the asymmetrical 2D Si-PhC-on-oxide structure can be applied to various optical devices.     

Inverted yablonovite fabricated by the direct laser writing method and its photonic structure

Three-dimensional photonic crystals with an inverted yablonovite structure have been fabricated by the direct laser writing method based on the two-photon polymerization of a photosensitive material. The correspondence of the structure of the samples to the inverted yablonovite lattice has been confirmed by scanning electron microscopy. The photonic band structure of inverted yablonovite, as well as a number of related photonic materials with an fcc lattice, has been calculated. It has been found that the photonic properties of opal and yablonovite are opposite: the complete photonic band gap appears in inverted opal and direct yablonovite and is absent in direct opal and inverted yablonovite. A method for the fabrication of ideal three-dimensional photonic structures having the complete photonic band gap in the infrared and visible spectral ranges has been discussed.     

光子晶体可调谐滤波特性的理论研究

用特征矩阵法研究了带缺陷的一维光子晶体的透射性质，并提出了新的可调谐光滤波器的概念.一维光子晶体(L1H1)m带有Lc-H2(L2H2)n形式的缺陷时，在光子晶体中间出现了窄的透射峰，其他级次的干涉峰则随着覆盖层H2(L2H2)n周期数的增大而减弱并消失.当耦合层Lc厚度变化时，在光子晶体禁带边缘附近出现两个高透射率区域.高透射率区域透射峰的特性由光子晶体和覆盖层的性质决定.当光子晶体禁带宽度较小时，两个高透射率区域接近，形成具有约150nm调谐范围的区域，因此可制备以一维光子晶体为基础的新型可调谐光滤波器. 关键词： 光子晶体 可调谐光滤波器 特征矩阵     

用转移矩阵法数值研究二维正方介质柱光子晶体的传输特性

利用转移矩阵方法对二维正方介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,数值计算研究了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同时光子晶体的传输特性。数值结果表明光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,正方晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角对光子禁带有重要影响。数值研究表明在正方介质柱下设计宽平坦光子禁带时,可以首先考虑正方晶格结构,其次设法使柱体截面尽量大一些,最后可通过柱体放置方位角来微调光子禁带的宽度与中心频率以达到设计要求。     

高质量三维光子晶体的制备及其透射谱研究

设计了简易的压强可控自组装实验装置,制备了由直径为260 nm的聚苯乙烯(PS)胶体球组成的面心立方光子晶体.分析了压强的变化对光子禁带(PBG)深度及光子带隙边缘(PBE)坡度的影响,确定了合适的压强生长环境(P=5999.5 Pa).利用该实验装置,还进行了光子晶体的小批量制备,一次性制得了三块光子晶体,并从不同角度对每一块光子晶体的透射谱及不同光子晶体的透射谱进行了测量.同一光子晶体不同位置透射谱的重合、同一批次制备的不同光子晶体透射谱的一致性及光子禁带两侧的Fabry-Pérot振荡等均说明:该装置制备的光子晶体在大区域、大面积上是高度有序、均一和平整的;利用该实验装置进行光子晶体的小批量制备是可行的.     

表层厚度渐变一维耦合腔光子晶体的反射相位特性及其应用

利用传输矩阵法研究了表层厚度渐变的一维非对称耦合腔光子晶体的反射相位特性. 研究表明, 光子禁带内(包括缺陷模附近)的反射率在98%以上, 且基本不受表层厚度影响, 特别是, 在非正入射情况下, 简并的缺陷模随着表层厚度的变化会发生分裂; 进一步研究发现, 在缺陷模分裂处附近, TE, TM偏振的反射相位以及它们之间的相位差均敏感地依赖于表层厚度的变化, 从而使得反射光的偏振态也随表层厚度的变化而敏感变化, 其物理机理在于缺陷模分裂所造成的剧烈相位变化. 基于上述特性, 设计了一种表层厚度呈二维周期变化的一维光子晶体结构, 从该结构反射的激光经透镜聚焦后, 在聚焦区域同时存在各种偏振态(包括沿不同方向的线偏振、左旋或右旋圆偏振、椭圆偏振等)的子光束, 它们叠加后在聚焦区域将产生具有无规相位和无规偏振态的光场. 以上结果能有效降低激光的相干性, 在激光核聚变等领域有潜在的应用价值.     

介质柱型二维Triangular格子光子晶体的禁带特性

采用平面波展开法数值计算了空气背景中由圆形、正六边形和正方形介质柱构造的二维三角晶格光子晶体禁带结构,并研究了介质方柱旋转角度、介质折射率和填充比对完全光子禁带宽度的影响.结果表明,在低频区,介质方柱旋转17°时,出现最大完全光子禁带,且最大禁带宽度随介质折射率的变化较为稳定.在高频区,介质方柱旋转30°时,完全光子禁带宽度最大;且介质材料折射率n=2.2时即出现完全光子禁带,n=2.6时,完全光子禁带达到最大.     

Modelling and design of complete photonic band gaps in two-dimensional photonic crystals

In this paper, we investigate the existence and variation of complete photonic band gap size with the introduction of asymmetry in the constituent dielectric rods with honeycomb lattices in two-dimensional photonic crystals (PhC) using the plane-wave expansion (PWE) method. Two examples, one consisting of elliptical rods and the other comprising of rectangular rods in honeycomb lattices are considered with a view to estimate the design parameters for maximizing the complete photonic band gap. Further, it has been shown that complete photonic band gap size changes with the variation in the orientation angle of the constituent dielectric rods.      

大带隙二维三角格子光子晶体结构参数的优化设计

光子晶体结构设计优化是理论研究的一个重要内容.运用平面波展开法对圆柱、方柱及正六边柱构造的二维三角格子光子晶体的禁带进行仿真计算,讨论了介质材料分别为GaAs、Si和Ge情况下,柱子形状、旋转角度、填充比的变化对完全光子禁带的影响.发现:对于二维三角格子光子晶体,相对于介质柱,空气柱更易获得完全光子禁带;而相对于圆柱及...