[发明专利]三维三角光子晶体、四方光子晶体、五角光子准晶的晶格周期及排列规则的控制方法

权利要求书

1.一种三维三角光子晶体、四方光子晶体、五角光子准晶的晶格周期及排列规则的控制方法，其特征在于，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三维光子晶体的周期及排列规则的目的；

调节所述光楔顶角α改变光入射进入铌酸锂晶体后的折射角γ与所述宽直径平行光束的偏转角β；所述光楔顶角α、偏转角β和折射角γ的调节关系为：

β＝(n₁-1)α (1)

n₀sinβ＝n₂sinγ (2)

式中，n₀为真空折射率，n₁为光楔折射率，n₂为铌酸锂晶体折射率；

所述三维光子晶体的总波函数Ψ为：

式中，Ψ为波的总波函数，Ψ_j为子波的波函数，其中Ψ₀为经过中心孔进入铌酸锂晶体的光束波函数，Ψ₁～Ψ_n为经多光楔棱镜偏转后进入铌酸锂晶体的光束波函数；为三维空间中的矢量位置，t为时间，A_j为波的振幅，为波矢量，ω为波的角频率，为起始相位偏移；

通过三光楔棱镜后进入铌酸锂晶体的四光束的波矢为：

式中，

四光束干涉叠加后形成的干涉光的总强度I为：

式中，Ψ₀为经过中心孔的光束波函数，Ψ₁～Ψ₃为经光楔偏转后的光束波函数；

由三光楔棱镜制备的所述三维三角光子晶体由三套相互嵌套的子点阵A、B和C组成，且三套子点阵A、B和C沿Z轴方向等周期地嵌套交错排列，通过调控所述光楔顶角α改变Z轴方向的周期，从而改变三套子点阵沿着Z轴的嵌套交错排列规则；

通过四光楔棱镜后进入铌酸锂晶体的五光束的波矢为：

式中，

五光束干涉叠加后形成的干涉光的总强度I为：

式中，Ψ₀为经过中心孔的光束波函数，Ψ₁～Ψ₄为经光楔偏转后的光束波函数；

由四光楔棱镜制备的所述三维四方光子晶体由两套相互嵌套的子点阵D和E组成，且两套子点阵D和E沿Z轴方向等周期地嵌套交错排列，通过调控所述光楔顶角α改变Z轴方向的周期，从而改变两套子点阵沿着Z轴的嵌套交错排列规则；

通过五光楔棱镜后进入铌酸锂晶体的六光束的波矢为：

式中，

六光束干涉叠加后形成的干涉光的总强度I为：

式中，Ψ₀为经过中心孔的光束波函数，Ψ₁～Ψ₅为经光楔偏转后的光束波函数；

由五光楔棱镜制备的所述三维五角光子准晶由五套相互嵌套的子点阵F、G、H、I和J组成，且五套子点阵F、G、H、I和J沿Z轴方向等周期地嵌套交错排列，通过调控所述光楔顶角α改变Z轴方向的周期，从而改变五套子点阵沿着Z轴的嵌套交错排列规则。

2.如权利要求1所述的三维三角光子晶体、四方光子晶体、五角光子准晶的晶格周期及排列规则的控制方法，其特征在于，所述三维三角光子晶体、三维四方光子晶体和三维五角光子准晶的X、Y和Z三个方向的周期随着所述光楔顶角α的增大而减小。

3.如权利要求1所述的三维三角光子晶体、四方光子晶体、五角光子准晶的晶格周期及排列规则的控制方法，其特征在于，进一步包括步骤三：通过调节透镜的直径调节宽直径平行光束的尺寸，并通过调节多光楔棱镜中心孔的尺寸改变三维光子晶体的面积。