光折變光子晶格的帶結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、1987年E.Yablonovitch和S.John提出了光子晶體的概念。光子晶體是一種人造的介電函數(shù)在空間呈周期性分布的材料，由于其存在光子帶隙，可以人為地改變和操控光子在其中的傳播行為，因此光子晶體在光通訊、集成光學等方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景，使得光子晶體成為世界范圍的一個研究熱點，得到了迅速的發(fā)展。但其制作工藝比較復雜，給其進一步的研究帶來許多困難。用全光學的方法在光折變材料中利用光折變效應(yīng)寫入光子晶格是一種全新的，簡便可行的方

2、法。雖然其折射率對比度較低，但是，可以在低入射功率下一次完成，且感應(yīng)出的光子晶格具有較長的暗存儲時間，晶體還可循環(huán)使用，具有很高的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景，為光子晶體的進一步研究和應(yīng)用提供了一種新型的材料。 關(guān)于光子晶體帶結(jié)構(gòu)理論方面的研究已趨于成熟。但是目前對光折變非線性光子晶格帶結(jié)構(gòu)的研究成為了這一領(lǐng)域的又一研究熱點。在自散焦光折變LiNbO3晶體中寫入的陣列波導有類似于光子晶體的周期性結(jié)構(gòu)。因此，研究LiNbO3晶體中品格

3、的折射率變化規(guī)律及其帶結(jié)構(gòu)，對制作光折變光子品格具有重要的指導意義。 本論文中我們首先研究了利用雙光束干涉在不同摻Fe濃度的LiNbO3晶體中分別用紅光和綠光寫入光子品格時，晶格周期a、摻Fe濃度、光波波長λ與光致折射率調(diào)制度△n之間的關(guān)系。實驗結(jié)果表明：當用紅光(λ=632.8nm)寫入光子晶格時，摻Fe濃度不大于0.05wt％，用綠光(λ=532nm)寫入光子晶格，摻Fe濃度不大于0.03wt％時，LiNbO3晶體的光致折射

4、率調(diào)制度△n隨晶格周期a的變化存在一個極大值，并隨摻鐵濃度的增加，相應(yīng)的折射率調(diào)制度極大值也增大，且向晶格周期小的方向移動，這與一中心模型理論得到的關(guān)系曲線的變化趨勢是相一致的；摻Fe濃度若大于以上兩值，理論曲線則完全與實驗曲線不符，說明一中心模型的空間電荷場理論只適用于小摻Fe濃度的LiNbO3晶體；實驗還發(fā)現(xiàn)LiNbO3:Fe晶體折射率調(diào)制度△n跟寫入光波長λ有關(guān)，用同一塊晶體，綠光寫入時折射率調(diào)制度△n會比紅光更大，且極大值向品格

5、周期減小的方向移動更大。 同時我們義從理論上運用平面波展開法計算了利用雙光束干涉在光折變LiNbO3晶體中寫入的一維光折變光子晶格的帶結(jié)構(gòu)，并對比不同折射率對比度下的帶結(jié)構(gòu)情況。研究了折射率對比度、晶格周期、占空比對帶隙位置、帶隙寬度的影響。 實驗中當我們用與在LiNbO3:Fe晶體中寫入光子晶格時相同頻率的另一激光束照射到晶體寫入光子晶格的區(qū)域時，在入射光與光折變光子晶格周期方向成較大的角度(大于78°)時，觀察劍了光