復(fù)雜結(jié)構(gòu)光子晶體的全息理論與制作.pdf

1、光子晶體是由在光波尺度上成周期排列的介電質(zhì)材料或金屬材料構(gòu)成的，可以用于控制光子的行為。自從E.Yablonovitch和S.John提出光子晶體之后的二十年來，光子晶體引起了人們極大的關(guān)注。近年來，探索實(shí)現(xiàn)大面積的復(fù)雜周期微結(jié)構(gòu)在微觀科學(xué)研究中扮演著重要的角色。然而，由于光波尺度上復(fù)雜微結(jié)構(gòu)制作的困難性導(dǎo)致進(jìn)展很小。事實(shí)上，正如原子尺度的周期結(jié)構(gòu)一樣，在微米及亞微米尺度上除布喇菲格子外，復(fù)式光學(xué)格子也占有相當(dāng)重要的分量；由于不受化學(xué)鍵

2、的限制，光波尺度上的復(fù)雜微結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比原子尺度的豐富得多。所以，復(fù)雜結(jié)構(gòu)光子晶體的實(shí)際制作已經(jīng)成為非解決不可的重要課題。如今，全息法已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)而快速地制作大面積光子晶體及其模板的極重要的手段。本文中，我們系統(tǒng)地探討了全息制作二維光子晶體和準(zhǔn)晶體的結(jié)晶學(xué)問題，系統(tǒng)地給出了如何用一次曝光全息技術(shù)來形成不同的二維光學(xué)微結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了復(fù)式光子晶體的單步全息可控制作，主要內(nèi)容有： Ⅰ.在理論上系統(tǒng)地分析了如何用三束橢偏光形成具有不同平面群的

3、二維光子晶格。在采用一種強(qiáng)度圖案疊加方法分析中直觀地發(fā)現(xiàn)，晶格中的9個(gè)平面群可以用三束光實(shí)現(xiàn)，然而不能形成剩余的8個(gè)平面群。導(dǎo)出了相干強(qiáng)度空間分布公式，得到了與相干強(qiáng)度和橢圓偏振相聯(lián)系的一個(gè)相移。該相移可以用來實(shí)現(xiàn)比如p1、pm、cm和p3ml平面群中的低對稱性而又不引入額外的對稱性。這為全息法形成的三維光子晶體和多維光子準(zhǔn)晶體中空間群的研究鋪墊了基礎(chǔ)。 Ⅱ.按照結(jié)晶學(xué)的觀點(diǎn)，在理論上系統(tǒng)地研究了如何用四束非共面的橢偏光一次性地

4、形成二維復(fù)式光子晶體結(jié)構(gòu)。推導(dǎo)出了N束橢偏光相干強(qiáng)度的一般公式，和可用于補(bǔ)償初相位和控制亞晶格中格點(diǎn)的相對位置和大小的相移。在考慮適當(dāng)?shù)钠衽渲煤?，用四種類型的光束幾何配置可以形成不同的復(fù)式格子。這樣就提供了一個(gè)能制作大面積復(fù)式光子晶體的新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 Ⅲ.實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了用一次性曝光全息法來可控制作大尺寸的二維正方和六角復(fù)式光子晶體。在晶體的亞格子中，得到了100nm尺度上的圓形和橢圓形微孔結(jié)構(gòu)。理論分析顯示，其中一個(gè)樣品的反結(jié)構(gòu)