基于周期极化掺镁铌酸锂晶体二维阵列光分束器的研究

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1836年,H.F.Talbot将一束单色平面光照射在一周期性阵列光栅上,发现在光栅后方一些特定位置,可观测到光栅的自身像,这种光学自成像现象被定义为泰伯(Talbot)效应。Talbot效应在周期性阵列光分束器件中广泛存在,正是由于Talbot效应所产生的自成像的简洁与精细,关于这方面的研究已吸引了大量学者的关注。  掺镁铌酸锂(MgLN)晶体有极好的非线性光学性能,使其成为研制周期性阵列光分束器件的首选材料。本文首先使用掺镁铌酸锂晶体制备了二维六角位相阵列光分束器,并对其Talbot效应进行了研究。通过调制外加电场,实现了对光分束器近场衍射光强分布的调制,在此基础上,研究了占空比D、位相差△ψ及泰伯分数β对光分束器近场衍射光强分布的影响。同时,随着集成光学领域的快速发展,人们更为期待不施加外调制电场下的可调阵列光分束器件,因此在前期研究基础上,制备了畴腐蚀掺镁铌酸锂二维阵列光分束器,可通过改变光分束器的腐蚀时间调制位相差Δψ,从而实现对近场衍射光强分布的调制,这为周期阵列光分束器件进一步在光学领域的应用打下了基础。本文主要研究的内容有:  1.简要介绍了Talbot效应的由来、发展状况及其应用。  2.介绍了掺镁铌酸锂晶体的结构及其特性,并对晶体铁电畴的极化反转机制进行了研究,通过外加极化电场法制备了周期极化掺镁铌酸锂晶体阵列光分束器。  3.对外加电场可调位相阵列光分束器进行了理论研究,通过数值模拟得到了不同条件下的衍射自成像图。在理论研究的基础上,设计并制备了掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光分束器,对其进行了通光实验,实验结果与理论研究结果一致。  4.理论分析了畴腐蚀掺镁铌酸锂晶体二维阵列光分束器在不同条件下的近场光衍射强度分布。在理论分析的基础上,设计并制备了具有不同占空比D及不同腐蚀程度的畴腐蚀阵列光分束器,对其进行通光实验,实验结果与理论分析结果相符。考虑到畴腐蚀会破坏阵列光分束器的表面结构,这并不利于其在精密光学领域中的应用,因此,下一步工作将围绕进一步减小光分束器腐蚀程度来展开。
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