[发明专利]一种通过调节多光楔棱镜顶角控制光子晶体周期的方法

说明书

本发明提出了一种通过调节多光楔棱镜顶角控制光子晶体周期的方法，包括以下步骤：步骤一：宽直径平行光束经过多光楔棱镜的光楔后偏转，宽直径平行光束的中心部分经过多光楔棱镜的中心孔后不改变方向地继续前行，在干涉区域内交汇，产生干涉；步骤二：通过调节光楔顶角α，可以改变经过光楔后偏转的光束的传播方向，达到调控相干光交叠干涉形成的光子晶体的周期的目的。

技术领域

本发明涉及光子晶体周期控制技术领域，尤其涉及一种通过调节多光楔棱镜顶角控制光子晶体周期的方法。

背景技术

光子晶体是一种介电常数(或折射率)在空间呈周期性排列的光子微结构，是一种新型的人造光学材料。人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到操纵和控制光子运动的目的。

与普通晶体一样，光子晶体的周期排列使其具有能带结构，光子能带之间可能存在光子带隙或光子禁带。在光子带隙或禁带范围里的电磁波不能在光子晶体里传播，而频率位于能带里的电磁波则能在光子晶体里几乎无损地传播。光子晶体带隙的宽度和位置与光子晶体的折射率比值、周期排列的尺寸及排列规则都有关系，控制光子晶体的晶格周期能够一定程度上控制光子晶格的带隙。

传统的制作光子晶体的方法有离子交换、离子束注入、刻蚀以及薄膜沉积等，这些方法存在设备复杂，工艺复杂、成本昂贵，生产效率较低的缺点，限制了光子晶体的实用化。光诱导技术是一种结合了多束相干光的干涉特性和光折变材料的激光敏感特性的方法，常用来制作基于光折变效应产生的光子晶体。通过不同数目的激光束干涉并辐照光折变材料，在光折变材料内部形成各种各样的周期和准周期的光子晶格。光折变光子晶格的制作工艺简单，涉及的设备也相对简单，成本较低，制作的光子晶格结构具有较长的暗存储时间，且光折变材料经退火后可循环使用。因此，光折变光子晶体具有很高的研究价值和广阔的应用前景。

利用多光楔棱镜实现多个宽光束的干涉是一种重要的制备光折变光子晶体的光诱导技术，它的最大优点在于光路简单、设备复杂度低、成本低。利用该技术所制备的光子晶体具有面积大的特点，从而在光通信、光网络、光计算和集成光学中具有重要的应用价值。目前利用多光楔棱镜制备光子晶体还停留在二维或三维结构的光子晶体的制备可行性上，尚无法进一步深入地理解并调控所制备的光子晶体的横向和纵向周期，从而达到调控光子晶格带隙的目的。

发明内容

本发明通过对光子晶格横向周期和纵向周期的研究、提出了一种通过调节多光楔棱镜顶部楔角调节光子晶体横向和纵向周期的方法和装置。

本发明提出的通过调节多光楔棱镜顶角控制光子晶体周期的方法，包括以下步骤：

步骤一：宽直径平行光束经过多光楔棱镜的光楔后偏转，宽直径平行光束的中心部分经过多光楔棱镜的中心孔后不改变方向地继续前行，偏转后的光束和直行的光束交汇，在交汇区域内产生干涉；

步骤二：通过调节光楔顶角α，可以改变经过光楔后偏转的光束的传播方向，达到调控相干光交叠干涉形成光子晶体的周期的目的。

本发明提出的通过调节多光楔棱镜顶角控制光子晶体周期的方法中，所述宽直径平行光束的偏转角β、光楔折射率n和光楔顶角α之间满足关系式：

β＝(n-1)α (1)。

如果将激光光束的波函数表示为：

式中Ψ为波的波函数，为三维空间中的矢量位置，t为时间，A为波的振幅，为波矢量，ω为波的角频率，为起始相位偏移。

本发明提出的通过调节多光楔棱镜顶角控制光子晶体周期的方法中，所述经过多光楔棱镜产生光束干涉叠加后形成的光子晶体的总波函数可以表示为：