復雜結構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材料或金屬材料構成的，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注。近年來，探索實現(xiàn)大面積的復雜周期微結構在微觀科學研究中扮演著重要的角色。然而，由于光波尺度上復雜微結構制作的困難性導致進展很小。事實上，正如原子尺度的周期結構一樣，在微米及亞微米尺度上除布喇菲格子外，復式光學格子也占有相當重要的分量；由于不受化學鍵

2、的限制，光波尺度上的復雜微結構遠比原子尺度的豐富得多。所以，復雜結構光子晶體的實際制作已經成為非解決不可的重要課題。如今，全息法已經成為經濟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晶體的結晶學問題，系統(tǒng)地給出了如何用一次曝光全息技術來形成不同的二維光學微結構，并實現(xiàn)了復式光子晶體的單步全息可控制作，主要內容有： 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。在采用一種強度圖案疊加方法分析中直觀地發(fā)現(xiàn)，晶格中的9個平面群可以用三束光實現(xiàn)，然而不能形成剩余的8個平面群。導出了相干強度空間分布公式，得到了與相干強度和橢圓偏振相聯(lián)系的一個相移。該相移可以用來實現(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晶體中空間群的研究鋪墊了基礎。 Ⅱ.按照結晶學的觀點，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、形成二維復式光子晶體結構。推導出了N束橢偏光相干強度的一般公式，和可用于補償初相位和控制亞晶格中格點的相對位置和大小的相移。在考慮適當的偏振配置后，用四種類型的光束幾何配置可以形成不同的復式格子。這樣就提供了一個能制作大面積復式光子晶體的新型實驗平臺。 Ⅲ.實驗上實現(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構。理論分析顯示，其中一個樣品的反結構