周期微結(jié)構(gòu)中光傳播特性分析及光全息聚合制備波導(dǎo)光柵的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、若將不同介電常數(shù)的介電材料構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)，光波受到周期性結(jié)構(gòu)的布拉格散射，有可能形成光子能帶(Photonic band)和光子帶隙(Photonic bandgap)；具有光子帶隙的空間周期性介電結(jié)構(gòu)就是光子晶體(Phomic crystals)。光子帶隙的存在使得光子晶體在光通信、集成光學(xué)及新型光電功能器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如：高性能反射鏡、光子晶體光波導(dǎo)器件、光子晶體微腔、光子晶體光纖、光子晶體超棱鏡等。通過(guò)理論分析和計(jì)算

2、得出產(chǎn)生光子帶隙的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，這對(duì)光子晶體的制備具有重大的指導(dǎo)意義。 在光通信及集成光學(xué)中，光波耦合器是關(guān)鍵器件之一。傳統(tǒng)的光波耦合器件主要有棱鏡耦合器和反射耦合器等。前者需要精密調(diào)整，且一般情況下棱鏡體積較大，不利于集成和微型化；后者則需要在波導(dǎo)層中制備高反射率的反射面，對(duì)制作技術(shù)和工藝要求很高，這些都影響了它們的應(yīng)用。而一種特殊的一維光子晶體——波導(dǎo)光柵，作為光波耦合器時(shí)，與它們相比則具有表面平整、不受折射率限制、體積小、

3、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。因此，波導(dǎo)光柵在光通訊與集成光學(xué)中具有誘人的應(yīng)用前景。分析具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的波導(dǎo)光柵耦合器的耦合特性，對(duì)提高其耦合效率、指導(dǎo)其制作和拓展其應(yīng)用具有十分重要的意義。近年來(lái)，隨著對(duì)聚合物材料研究的深入，聚合物波導(dǎo)和波導(dǎo)光柵研究引起了許多研究者的關(guān)注，提出了制作聚合物波導(dǎo)光柵的新方法，如激光雙光子聚合法、光全息聚合法等。 基于上述原因，本文主要開展了以下幾個(gè)方面的研究工作： 1．運(yùn)用模耦合理論分析了幾種不同光柵

4、結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)光柵耦合器的耦合特性 在第二章中，通過(guò)求解麥克斯韋方程組推導(dǎo)了平板光波導(dǎo)中傳播的不同模式的電場(chǎng)表達(dá)式。 在第三章中，首先利用麥克斯韋方程推導(dǎo)出了理想波導(dǎo)模式中和微小畸變的波導(dǎo)模式中的模式耦合振幅方程以及模式耦合振幅系數(shù)。接著利用上述結(jié)果，首先分析了用激光雙光子聚合法制作的新型矩形結(jié)構(gòu)波導(dǎo)光柵耦合器的耦合特性，得出了損耗系數(shù)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化曲線；并與傳統(tǒng)矩形結(jié)構(gòu)波導(dǎo)光柵耦合器的耦合特性進(jìn)行了比較，得出了其

5、相同之處與不同之處。最后本文還分析了梯形結(jié)構(gòu)和對(duì)稱三角形結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)光柵耦合器的耦合特性，并將得出的結(jié)果與已有文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果進(jìn)行了比較。2．運(yùn)用非正交時(shí)域有限差分法分析光波在二維三角晶格光子晶體中的傳播特性 在第四章首先簡(jiǎn)述了非正交時(shí)域有限差分法的基本原理，并推導(dǎo)了非正交時(shí)域有限差分法的基本方程，然后又對(duì)該方法的特性進(jìn)行了分析，最后運(yùn)用該方法通過(guò)編寫程序分析出了二維三角晶格光子晶體中的光子能帶分布和能態(tài)密度變化，其結(jié)果與已有

6、文獻(xiàn)中的分析一致。 3．光全息聚合法制備聚合物波導(dǎo)光柵耦合器的實(shí)驗(yàn)研究 在第五章中首先用離子交換法制備出了制作波導(dǎo)光柵耦合器時(shí)所需要的平板玻璃光波導(dǎo)，并利用雙棱鏡耦合法測(cè)量了其參數(shù)；然后又具體分析了光全息聚合法制備聚合物光柵的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，在進(jìn)行聚合實(shí)驗(yàn)之前，首先測(cè)定了聚合材料的折射率和透射光譜：然后根據(jù)我們提出的方法對(duì)該聚合材料的曝光一聚合特性進(jìn)行了分析測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方法原理正確、方法可行；最后，基于本文所測(cè)得的