六角光子晶格波场的模拟及结构分析

通过在振幅掩膜上的六孔加不同的相位模拟产生了多种二维光子晶格波场,并对模拟得出晶格波场进行分析比较.此外,在该掩膜上的六孔中心加一孔,并施加不同拓扑荷的涡旋相位生成了相应的三维六角晶格波场,这对三维微结构的制作及光在其中传播的特性的研究具有一定意义.     

Ge0.6Si0.4／Si应变超晶格光电探测器中的光场分析

首次对Ｇｅ０．６Ｓｉ０．４／Ｓｉ应变超晶格光探测器中的光场分布进行了分析和研究，发现这种应变超晶格在总厚度Ｌ＝３４０ｎｍ的情况下，周期数Ｍ≥１５．５才能传输单模光波．另外，还计算了Ｇｅ０．６Ｓｉ０．４／Ｓｉ应变超晶格表面及传播一定距离后的光场分布，发现光在其中传播５００μｍ后已衰减到很小．这些结果对器件的设计具有重要的意义     

多光楔板制作大面积光折变光子微结构

提出了一种制作大面积光子微结构的简便方法,利用多光楔板产生大面积的多光束干涉,在光折变晶体中制作出了大面积的周期性光子微结构和准周期性的光子准晶微结构。该方法简便易行,系统稳定性好,无须复杂的调节装置,制作效率高。使用导波强度图像、远场衍射图样、布里渊区光谱成像等方法对制作的大面积光子微结构进行了验证和分析。设计不同的多光楔板,可以制作出多种更复杂的大面积光子微结构。通过适当的处理,制作的大面积光子微结构可以长久地固定在光折变晶体中,也可以擦除后用于制作新的结构,这在集成光学和微纳光子器件领域具有良好的应用前景。     

用于薄膜外延生长的单晶基片RHEED研究

利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)对微电子技术常用的Si,SrTiO3单晶基片进行了表面结构分析.研究了硅基片的不同清洗工艺对衍射图样的影响,发现衬底的处理工艺非常重要.借助于反射式高能电子的衍射图样和理论分析,计算出与理论值相近的SrTiO3基片晶格常数.结果表明,高能电子衍射仪可以被用于计算生长在基片上的外延薄膜面内晶格常数.     

非线性光子晶格的制作及光传输现象研究

采用数值和实验方法研究了非线性光子晶格图样的形成规律及光传输现象。采用光束传输法(BPM)模拟研究光波在由干涉图样及非线性作用下形成的光子晶格中的导光现象。通过多光束干涉观察了干涉图样,并由此制作了光子晶格。研究结果为利用非线性效应制作周期性光子晶格和准周期性光子晶格,并以此实现导光功能提供了新的思路和方法。     

关于由衍射片背面反射光形成的衍射图样的讨论

在光的衍射实验中，一般看到的是由通过衍射片的直射光形成的衍射图样，但在衍射片的另一面，同样存在着另一个衍射图样，它是由衍射片的背面反射光形成的，两个衍射图样关于衍射片对称．文章给出了这种实验现象，并用巴比涅原理解释了这种现象．     

复合势中的玻色一爱因斯坦凝聚孤子的操控

提出了一种处理在光晶格势和抛物势共同作用下的玻色-爱因斯坦凝聚孤子动力学的拓展变分法．利用拓展变分方法给出了玻色．爱因斯坦凝聚孤子的解析处理,并和基于分步傅立叶变换的直接数值方法进行比较,发现这种拓展变分方法能够充分揭示上述外势场中的玻色．爱因斯坦凝聚孤子的动力学行为．同时,给出了能支持多稳定晶格囚禁玻色一爱因斯坦凝聚孤子的多晶格稳定势槽,并通过调控光晶格势实现了玻色一爱因斯坦凝聚孤子从某一稳定晶格势槽为初始位置到任意位置的操控．这为玻色一爱因斯坦凝聚的实验和应用研究提供了一定的理论依据．     

基于周期阵列抽样孔的非迭代实时相干衍射成像

提出了一种从远场衍射强度图样实现实时相干衍射成像的非迭代方法．该方法利用特殊设计的周期正方阵列抽样针孔对待测物体的菲涅耳衍射场的波前进行抽样,用CCD记录其远场衍射图样．在计算机中对其处理,可以直接从远场衍射图样的逆傅里叶变换中提取物波的抽样复振幅数据,再利用标量衍射理论对物体重现．因为该方法只需要对一幅远场衍射图样进行测量,避免了迭代算法,而且从理论上不需要透镜,它可以在较广的波长范围内实现实时相干衍射成像．     

白光的线性和非线性光学效应

回顾了本研究组自从2003年以来在白光的线性和非线性光学领域实验和理论方面的研究成果．我们使用白炽钨丝灯作光源,在自散焦光折变晶体中进行有关白光空间光孤子方面的系统研究,包括实验研究白光一维光生伏打暗空间孤子以及由它们感应的波导和定向耦合器,圆形和椭圆形白光暗空间孤子以及由它们制作的相位掩模、二维白光光子晶格和白光暗空间孤子在数字图像传输中的应用,一维和二维白光暗空间孤子之间的相互作用,通过白光束与相干暗空间孤子之间的相互作用增强和改善白光的相干性,一维和二维白光暗空间孤子分别与二维白光光子晶格之间的相互作用．数值模拟了在饱和对数非线性介质中两个及多个部分非相干亮空间孤子和白光亮空间孤子对之间的相互作用,首次在自散焦非线性介质中实验观察到了相干光的调制不稳定性和白光的调制不稳定性等．这些研究取得了一些创新性的成果．     

大角度会聚光束特性的实验研究

实验中经常使用的大孔径大角度会聚光束的圆孔和圆屏衍射图样不同于一般的圆孔和圆屏衍射图样，对这种光束进行了实验性研究，并用简单的几何光学方法给出了定性解释．     

Three-dimensional control of light in a two-dimensional photonic crystal slab

Optoelectronic devices are increasingly important in communication and information technology. To achieve the necessary manipulation of light (which carries information in optoelectronic devices), considerable efforts are directed at the development of photonic crystals--periodic dielectric materials that have so-called photonic bandgaps, which prohibit the propagation of photons having energies within the bandgap region. Straightforward application of the bandgap concept is generally thought to require three-dimensional (3D) photonic crystals; their two-dimensional (2D) counterparts confine light in the crystal plane, but not in the perpendicular z direction, which inevitably leads to diffraction losses. Nonetheless, 2D photonic crystals still attract interest because they are potentially more amenable to fabrication by existing techniques and diffraction losses need not seriously impair utility. Here we report the fabrication of a waveguide-coupled photonic crystal slab (essentially a free-standing 2D photonic crystal) with a strong 2D bandgap at wavelengths of about 1.5 microm, yet which is capable of fully controlling light in all three dimensions. These features confirm theoretical calculations on the possibility of achieving 3D light control using 2D bandgaps, with index guiding providing control in the third dimension, and raise the prospect of being able to realize unusual photonic-crystal devices, such as thresholdless lasers.     

Matlab模拟干涉光束参数对光子晶体结构的影响

光子晶体作为一种新型人工周期性电介质材料,具有广泛的应用前景.激光全息干涉法是制备光子晶体的最有前途的方法之一,它利用多束相干光束干涉的原理制备光子晶体结构,由于此不同的光学参数对制备的光子晶体结构会产生重要的影响,采用实验研究效率较低,而通过数值模拟可以从理论上确定干涉图案的光强分布,并得到直观的模拟图案,因此先使用计算机进行模拟光学参数影响的研究是十分必要的.本文根据多光束干涉的理论模型,使用Matlab模拟得到了多光束干涉形成的二维光子晶体结构.同时,根据计算机模拟结果,研究了光束的偏振角、方位角、极角、相位等参数对干涉图案的影响.通过模拟发现,方位角影响着干涉结构的对称性;偏振角的改变会引起干涉图案光强极大值和极小值的大小和绝对位置发生改变;相位的改变对干涉结构较小,但在实验中为提高制备的精确性,应该考虑相位的影响;极角影响着光强的空间分布.因此,本文为逆推特殊光子晶体结构的干涉光束参数提供了帮助.     

二维光子晶体直波导传播特性的研究

应用平面波展开法研究了二维光子晶体直波导的传播特性.根据计算得到在0.21371-0.27543Hz波段的光波能在波导中很好的传播.并且分析了当圆柱半径从0.1 a-0.5 a发生改变时的带隙规律,研究结果为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据.     

缺陷态二维光子晶体传播特性的研究

应用平面波展开法研究了缺陷态二维光子晶体的传播特性。根据计算得到在0．208-0．32698Hz波段的光波能在波导中很好地传播。并且分析了当圆柱半径从0．1a-0．5a发生改变时的带隙规律,研究结果为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。     

Complete photonic bandgaps in 12-fold symmetric quasicrystals

Photonic crystals are attracting current interest for a variety of reasons, such as their ability to inhibit the spontaneous emission of light. This and related properties arise from the formation of photonic bandgaps, whereby multiple scattering of photons by lattices of periodically varying refractive indices acts to prevent the propagation of electromagnetic waves having certain wavelengths. One route to forming photonic crystals is to etch two-dimensional periodic lattices of vertical air holes into dielectric slab waveguides. Such structures can show complete photonic bandgaps, but only for large-diameter air holes in materials of high refractive index (such as gallium arsenide, n = 3.69), which unfortunately leads to significantly reduced optical transmission when combined with optical fibres of low refractive index. It has been suggested that quasicrystalline (rather than periodic) lattices can also possess photonic bandgaps. Here we demonstrate this concept experimentally and show that it enables complete photonic bandgaps--non-directional and for any polarization--to be realized with small air holes in silicon nitride (n = 2.02), and even glass (n = 1.45). These properties make photonic quasicrystals promising for application in a range of optical devices.     

用双棱镜在LiNbO3：Fe晶体中构造大面积光子晶格

推导了双棱镜干涉的强度,并用Matlab软件模拟了晶格图案.利用单个和正交双棱镜在LiNbO3：Fe中构造了一维和二维大面积光子晶格.通过CCD观测晶体内的晶格图案和衍射.选取不同的聚焦透镜,对比写入晶格的空间周期和衍射效率.实验结果表明,聚焦透镜焦距为450 mm时,空间周期最小,可达25.75μm,衍射效率为15.3%.     

Discretizing light behaviour in linear and nonlinear waveguide lattices

Light propagating in linear and nonlinear waveguide lattices exhibits behaviour characteristic of that encountered in discrete systems. The diffraction properties of these systems can be engineered, which opens up new possibilities for controlling the flow of light that would have been otherwise impossible in the bulk: these effects can be exploited to achieve diffraction-free propagation and minimize the power requirements for nonlinear processes. In two-dimensional networks of waveguides, self-localized states--or discrete solitons--can travel along 'wire-like' paths and can be routed to any destination port. Such possibilities may be useful for photonic switching architectures.     

实时全息微结构制作的计算机仿真与设计

激光全息是制作光子晶体微结构的重要方法,为便于调节参数以提高实验成功率,提出利用CMOS传感器代替传统的记录材料全息干板,将全息干涉形成的微结构实时输入计算机处理。根据多光束干涉原理探讨了实现二维微结构的光束配置和设计原则,结合计算机数值仿真讨论了光束偏振对微结构"原子"形状的影响。进一步设计实验进行验证,结合实时显示技术方便、灵活调节各光束参数,获得了三角晶格和正方晶格两类典型的微结构。实验结果表明,计算机的实时显示技术有助于提高微结构的设计和制作效率。