微納結(jié)構(gòu)中光子的相干操控與應(yīng)用.pdf

1、隨著社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)通信的速度、容量、質(zhì)量需求不斷提高，但目前光電網(wǎng)絡(luò)中信息的傳輸和交換，光子能量的高速與高效轉(zhuǎn)換等都受較低的光電轉(zhuǎn)換效率和較高的制造成本制約，在這種實(shí)際需求下，以相干理論為基礎(chǔ)的結(jié)合光學(xué)微納結(jié)構(gòu)的一系列精確操控光子的研究應(yīng)運(yùn)而生。 要實(shí)現(xiàn)光子的精密操控，首先必須制備合適的微納結(jié)構(gòu)。目前，對(duì)于微納結(jié)構(gòu)，特別是光子晶體的制備，大部分仍停留在完整的光子晶體結(jié)構(gòu)上。但實(shí)際上，具有缺陷的光子晶體才具有更高的利用價(jià)值與功能

2、。對(duì)光場(chǎng)的操控可分為在時(shí)間和空間上的操控。在時(shí)間上的操控主要是指利用線性光子光子晶體中的缺陷和非線性光子晶體將光場(chǎng)減速或靜止，減慢光的速度可應(yīng)用于光延遲器，脈沖整形，光開關(guān)等方面，以及增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用。在光子的空間操控領(lǐng)域，理論和實(shí)驗(yàn)都已證明，利用光子晶體帶隙改變光子態(tài)密度分布的特性，可使用光子晶體控制原子自發(fā)輻射的分布。論文對(duì)以上方面都做了較深入的研究： 1.利用激光的相干性，提出了在多光束激光空間相干干涉技術(shù)中加入各光束

3、相位的調(diào)節(jié)，得到各種不同功能的帶缺陷的光子晶體結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了一次曝光制作一維和二維光子晶體波導(dǎo)缺陷的全息光刻技術(shù)，在理論上模擬了帶缺陷的三維光子晶體的制備，并在此基礎(chǔ)上探討了制備大面積小周期的帶缺陷光子晶體的技術(shù)。 2.系統(tǒng)研究了線性硅平板光子晶體波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)慢光的方案：在二維光子晶體波導(dǎo)中，通過(guò)調(diào)節(jié)靠近波導(dǎo)的前兩列孔洞的位置來(lái)改變光子晶體波導(dǎo)的線性色散曲線，實(shí)現(xiàn)了光在波導(dǎo)中減速和低色散傳播。利用該方法，本論文實(shí)驗(yàn)上已制作了

4、光傳播速度為0.02c～0.03c，帶寬超過(guò)10nm的低色散波導(dǎo)樣品。同時(shí)還研究了減小波導(dǎo)傳輸損耗的方法和利用慢光制作高效光脈沖整形器的可能性。 3.在使用共振吸收布拉格周期結(jié)構(gòu)靜止超短激光脈沖的理論基礎(chǔ)上，提出了利用靜止光脈沖增強(qiáng)光的非線性轉(zhuǎn)換效率的理論，并以零速超短脈沖增強(qiáng)受激拉曼散射為例子展示了該理論。本論文提出的一維雙共振布拉格周期結(jié)構(gòu)可將該過(guò)程中光子頻率轉(zhuǎn)換效率提高到85％，遠(yuǎn)高于一般體材料中的拉曼抽運(yùn)效率。同時(shí)，提出