電光調製光子晶體位相陣列光分束器的研究

《電光調製光子晶體位相陣列光分束器的研究》是依託北京交通大學，由陳雲琳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電光調製光子晶體位相陣列光分束器的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳雲琳
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

利用外場調製非線性光子晶體的電光效應，實現光振幅純位相周期分布場是一項具有挑戰性新近出現的課題。本課題提出在摻鎂近化學比鈮酸鋰晶體上，製作六角非線性光子晶體位相陣列，套用較低的外加電壓（≤1kV）調製光子晶體的電光效應，實現光波在0-2π間位相的連續改變，使晶體透光範圍（5μm-312nm）內的任意光波透過該位相陣列達到光束的光強均勻分布，獲得光衍射效率大於80%的純位相光場振幅分布，實現光分束。同時，從理論上數值求解該光子晶體位相陣列周期結構的參數比，開展六角非線性光子晶體位相陣列光分束器的設計研究；理論分析周期函式的菲涅耳衍射場分布E(x,y)隨光子晶體結構位相陣列的周期變化，開展光子晶體外加電場調製對實現光振幅純位相分布場影響的理論研究。探索實時精細調控位相分布的電場調製技術，使出射的光強均分到若干衍射級次上，形成均勻的光陣列強度分布，由此發展新型電光調製光子晶體微小光學器件。

結題摘要

理論研究了六角二維光子晶體微結構陣列產生純位相菲涅耳衍射場分布的條件，並分析研究了周期函式的菲涅耳衍射場分布E(x,y) 隨二維光子晶體微結構陣列dx及dy的周期變化。外加電場調製使光子晶體折射率和壓電厚度發生變化，從而使光波實現位相的改變，根據光波可逆性原理，分析在平面波入射時二維光子微結構位相陣列產生高效均勻陣列光斑的衍射自成像效應，對基於泰伯效應的外加電場調製二維六角位相陣列光柵的設計及其衍射成像進行了研究，結果表明當二維陣列光柵占空比D = 52%、位相差Δφ = 0.75π、泰伯分數β = 0.2 時, 光柵後近場光衍射強度最大。基於理論研究，在厚為0.5~1mm的Z切光學級摻鎂鈮酸鋰晶片上，利用微電子光刻技術工藝，刻蝕出所設計的掩模圖形。為了避免摻鎂鈮酸鋰晶體極化過程中的漏電和鐵電疇橫向擴張的現象，採用背向反轉短脈衝極化電場技術與精密控溫技術相結合，製作出了摻鎂鈮酸鋰晶體六角二維光子微結構位相陣列，同時研究了射頻磁控濺射製備ITO/LN薄膜的最佳工藝條件，採用該濺射條件製備了摻鎂鈮酸鋰二維非線性光子晶體泰伯效應位相陣列光分束器，套用≤0.5kV的外加電壓調製位相陣列光分束器，即可實現532nm的光波在0~2π間位相的連續改變，且其近場衍射成像的相對光強可達0.67。在上述研究基礎上，率先開展了疇腐蝕摻鎂鈮酸鋰二維非線性光子晶體光分束器的研究，設計與製備了不同腐蝕深度和占空比的摻鎂鈮酸鋰疇腐蝕二維陣列光分束器，並對其進行了分數泰伯光衍射成像的實驗研究，獲得了較好的近場衍射圖像，該研究為發展新型光子晶體陣列器件提供了一種新的方法。