光子晶體拓撲態(tài)的研究方興未艾。拓撲光子結構中存在的拓撲態(tài)極為豐富,例如能帶結構中可能出現(xiàn)的線節(jié)點、Dirac點或者Weyl點。如今,拓撲開辟了一個全新的自由度,許多拓撲界面態(tài)的傳輸不受制造缺陷的影響,因此可用于單向波導,耦合效率或隔離器的集成。二維拓撲表面可以用于表面?zhèn)鞲泻蜔晒庥嫈?shù)。與規(guī)則光學系統(tǒng)相比,Dirac和Weyl點處的模態(tài)數(shù)量不隨系統(tǒng)腔的尺寸而變化,實現(xiàn)光拓撲態(tài)具有廣闊的應用前景,這是一個內容豐富且蓬勃發(fā)展的新興領域,對新型光學器件的研制具有重要意義。本文的主要工作是:在激光全息干涉理論的基礎上,計算模擬產生兩種拓撲光子結構(Gyroid和Chiral woodpile)的光路配置,為后續(xù)實驗制備以及研究提供理論指導。主要研究內容包括:首先,主要介紹拓撲、光學拓撲態(tài)的基本概念和國內外拓撲光學的研究進展,重點介紹兩種拓撲光子結構。其次,詳細介紹激光全息干涉的基本原理和光子結構的理論模擬方法:一是基于光學晶格與倒易空間的對應關系;二是基于干涉光場分布與周期結構函數(shù)的傅里葉級數(shù)之間的對應關系。再次,根據(jù)干涉光場分布與周期結構函數(shù)的傅里葉級數(shù)之間的對應關系,得出全息光刻技術制備Gyroid光子結構的光路構型和光束參數(shù);利用MATLAB數(shù)值計算,模擬驗證該光路制備Gyroid光子結構的可行性,并對實際實驗過程中,光束參數(shù)的改變對實驗結果可能造成的影響進行了分析討論。然后,根據(jù)光學晶格與倒易空間的對應關系,分析單次曝光產生Chiral woodpile光子結構的光路構型。同時,提出通過三次曝光和旋轉樣品的方法獲得復式Chiral woodpile光子結構的方法。最后,對本研究工作進行總結,得出結論,并在前期研究的基礎上對未來的工作進行了展望。
【學位單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O469
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 前言
    1.1 光學拓撲態(tài)
    1.2 拓撲光子結構
        1.2.1 Gyroid光子結構
        1.2.2 Chiralwoodpile光子結構
    1.3 拓撲光子結構的應用
    1.4 拓撲光子結構的實驗研究
        1.4.1 生物光子結構
        1.4.2 基于生物標本的技術
        1.4.3 激光直寫法（DLW）
        1.4.4 3D打印技術
        1.4.5 全息光刻技術（HL）
    1.5 論文的研究意義及主要內容安排
2 全息干涉制備光子結構基本原理
    2.1 光學晶格與倒易空間
        2.1.1 倒格矢定義
        2.1.2 波矢差與倒易矢量
        2.1.3 光學晶格對稱性與光束幾何構型的關系
        2.1.4 立方晶格的光束配置
    2.2 干涉光場分布與周期結構函數(shù)
        2.2.1 周期性函數(shù)與結構
        2.2.2 二維周期函數(shù)與結構
        2.2.3 三維周期函數(shù)與結構
        2.2.4 周期函數(shù)的組合
        2.2.5 干涉光場分布與傅里葉級數(shù)
    2.3 基于全息光刻制備三維周期結構
    2.4 小結
3 Gyroid光子結構的模擬研究
    3.1 光束構型計算
    3.2 光束電場矢量的確定
    3.3 光束偏振態(tài)的確定
        3.3.1 橢圓偏振光
        3.3.2 橢圓偏振光的斯托克斯參數(shù)表示
        3.3.3 制備Gyroid光子結構所需的光束偏振態(tài)
    3.4 Gyroid光子結構的模擬驗證
        3.4.1 Gyroid光子結構的干涉模擬實現(xiàn)
        3.4.2 相位改變對結構的影響
        3.4.3 光強改變對結構的影響
    3.5 小結
4 Chiralwoodpile光子結構的模擬研究
    4.1 單次曝光實現(xiàn)Chiralwoodpile結構
        4.1.1 Chiralwoodpile光子結構的晶格參數(shù)
        4.1.2 實現(xiàn)Chiralwoodpile光子結構制備的光束構型
    4.2 三次曝光實現(xiàn)復式Chiralwoodpile光子結構
        4.2.1 實現(xiàn)復式Chiralwoodpile光子結構制備的光束構型
        4.2.2 第一次曝光,實現(xiàn)[010]方向棒
        4.2.3 第二次曝光,實現(xiàn)[1-10]方向棒
        4.2.4 第三次曝光,實現(xiàn)[110]方向棒
        4.2.5 干涉疊加
    4.3 小結
5 結論
展望
參考文獻
附錄
致謝
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【參考文獻】

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本文編號：2869216