基于液晶與光子晶體的新型光子學(xué)器件的研究.pdf

1、材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)了新型光子學(xué)器件的快速發(fā)展。在本篇論文中，我們主要以液晶與光子晶體等新型材料為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并制作了一系列新型光子學(xué)器件，解決了液晶器件與光子晶體器件研制中的若干問題。 普通的波片一般只能在單波長下工作，而在實(shí)際應(yīng)用中，寬帶波片是非常有必要的。寬帶波片通常由雙折射晶體構(gòu)成，其體積較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本也較高。針對(duì)這些問題，在第2.3節(jié)中提出了一種新型的液晶寬帶λ/4波片，該波片由兩個(gè)扭曲向列液晶盒構(gòu)成。結(jié)合日

2、臻成熟的液晶加工工藝，這種波片具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提高該波片的寬帶偏振轉(zhuǎn)換性能，使之在波長為1200nm~1650nm的范圍內(nèi)有效地將線偏光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏光。 通常的液晶可調(diào)光衰減器都是基于扭曲向列液晶盒的，是偏振敏感的器件。理論上，可以利用聚合物分散液晶實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的可調(diào)光衰減器，但實(shí)際上，當(dāng)衰減器的衰減范圍較大時(shí)，基于聚合物分散液晶的可調(diào)光衰減器的偏振相關(guān)損耗也較大。在第2.4節(jié)中從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)

3、影響聚合物分散液晶電光特性的參數(shù)進(jìn)行分析與優(yōu)化，最后制作得到的可調(diào)光衰減器閾值電壓為8 V，工作于1550nm時(shí)，其最大衰減值約為26 dB，插入損耗為1.8 dB，偏振相關(guān)損耗小于1 dB，優(yōu)于現(xiàn)有文獻(xiàn)中的報(bào)道。 光子晶體是一種非常重要的新型光子學(xué)器件，通常情況下，光子晶體制作好后，其光學(xué)特性一般是不能改變的。有人通過在光子晶體中注入液晶來實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的光子晶體，但是液晶的響應(yīng)速度較慢，一般只有毫秒量級(jí)。在第3.3節(jié)中以電磁感應(yīng)

4、透明材料為基礎(chǔ)，結(jié)合光子晶體的負(fù)折射效應(yīng)，設(shè)計(jì)了一種新型全光可調(diào)諧光子晶體平板透鏡，基于半導(dǎo)體的電磁感應(yīng)透明材料的響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到皮秒量級(jí)，要遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的液晶可調(diào)諧光子晶體，在控制光關(guān)或開的作用下，該透鏡可以對(duì)波長為1550nm與1548.7nm的點(diǎn)源分別進(jìn)行成像。 相對(duì)于常見的固體材料來說，聚合物的折射率較低，所以很少在光子晶體中得到應(yīng)用。在第3.4節(jié)中提出了一種基于聚合物材料的高效率光子晶體偏振分束器，計(jì)算模擬顯示，在整個(gè)光

5、通信的C+L波段，大約有99.9％的TM偏振光被該偏振分束器反射，與此同時(shí)，約有98.9％的TE偏振光可以通過偏振分束器，入射角誤差可以允許達(dá)到士5o，透射的偏振消光比高于31.2 dB，反射的偏振消光比高于21.4 dB。我們還討論了如何利用多光束干涉的方法來加工聚合物光子晶體結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的以高折射率介質(zhì)為基礎(chǔ)的器件相比，該聚合物光子晶體偏振分束器在保證優(yōu)異性能的同時(shí)，制作更為簡單、方便、快速。針對(duì)普通發(fā)光二極管出光效率不高的問題，在