光場空間分布的自適應操控與微納光子學應用.pdf

1、隨著人們對通信的速度、容量、質(zhì)量需求不斷提高，以半導體器件為基礎的微電子技術已經(jīng)逐漸達到其極限，以光子為信息載體的全光通信技術將成為下一代通信技術的主角。利用光子晶體特有的光子帶隙，可以實現(xiàn)對光場輻射和傳播的精確操控。本論文利用光子晶體的光子帶隙，實現(xiàn)了原子自發(fā)輻射的定向傳播。要實現(xiàn)對光子的精密操控，首先必須制備合適的微納光子器件。在各種微納結構(特別是光子晶體)的制備技術中，全息印刷術以其高質(zhì)量、低成本、大面積等優(yōu)點成為人們研究的熱點

2、。全息光刻技術的關鍵是特定結構的微納光學圖案，特別是含缺陷光子晶格結構的合成。目前光場的空間合成技術，大多采用“直接”的光場空間合成方案，由給定的多光束特性確定整個光場的空間分布，但此方法對于復雜的空間結構往往無能為力。本論文研究利用生物進化算法，尋求空間圖案的逆向自適應的設計方法，在理論與實驗上快速獲取所需的目標光場分布，可大大簡化微納光子器件的設計，降低制造成本，提高樣品制備速度。建立的自適應光場合成系統(tǒng)不僅可以用于復雜空間光場的合

3、成，還可用于其他光與物質(zhì)相互作用的自動優(yōu)化，光場相位的自動還原，光學目標自動跟蹤等領域。論文對以上內(nèi)容做了較深入的研究，共分為以下幾個部分：
　　 1.研究了基于相位控制的光場空間合成技術。在計算機中設計所需要的目標光場圖案，根據(jù)實驗中實時探測的光場分布，與目標圖案比較，通過模擬退火(Simulated Annealing，SA)算法進行計算機數(shù)值控制，利用液晶空間光調(diào)制器(spatial light modulators，SL

4、M)優(yōu)化多光束的相位，自動獲取所需的目標光場分布。在此基礎上，利用感光材料記錄所合成的空間光場以實現(xiàn)功能性光子晶體模板的制備。
　　 2.研究了基于非線性頻率轉(zhuǎn)換的激光光束合成技術。利用自適應光場優(yōu)化系統(tǒng)對BBO晶體倍頻實驗中光場的偏差和相位畸變實現(xiàn)了自動矯正，優(yōu)化了倍頻效率。同時利用非共線的多束激光在BBO晶體中實現(xiàn)了光束的合成及合成光強度分布的自適應優(yōu)化。
　　 3.利用相位控制多光束干涉法和數(shù)字微鏡陣列(digit

5、al micro-mirror device，DMD)成像技術在向列型摻雜液晶中制備了微米量級實時可調(diào)光子晶格，研究了光場與液晶分子的相互作用機制及動態(tài)過程，利用所形成的可調(diào)諧光子晶格實現(xiàn)了對光場傳播的調(diào)控。
　　 4.研究了自組織生長的三維蛋白石和反蛋白石結構光子晶體的第一帶隙和高階帶隙對熒光自發(fā)輻射的控制。在實驗上觀測到了光子晶體帶隙對摻雜在其中的稀土原子空間發(fā)光具有強烈的方向性調(diào)制。通過計算光子晶體中方向態(tài)密度分布，并考慮