光折变微结构是利用电光材料的光折变效应制作而成的光学微小结构,其空间尺度大约在光波波长量级,隶属光子晶体范畴,一般称之为光子晶格。光子晶格的最大特点是存在光子带隙,落在光子带隙区域的那些频率的光波不能在其中传播,而被全部反射出去。光子晶格的应用价值很大程度上在于缺陷态的存在。当人为地破坏晶格的周期性结构,便可以产生缺陷,只有和缺陷态频率吻合的光子才可能被局域限制在缺陷位置或只能沿缺陷位置传播,当偏离缺陷的位置时光波会迅速地衰减。即可以做出对某一特定波长透明的窗口,使其具有导引电磁波的可能。目前,光诱导光子晶格的方法是研究周期性光学微结构的最简单、最便捷,而成本又是最低的方法。如果将LiNbO₃:Fe晶体中阵列波导的某一根或某一列移去就构造出了具有点缺陷或线缺陷结构的光子晶格。因此,研究在LiNbO₃:Fe晶体中构造缺陷态光折变光子晶格及其带结构对微结构光学的发展与应用具有十分重要的意义。本论文首先研究了如何利用成像法在LiNbO₃:Fe晶体中制作缺陷态光折变光子晶格,其次研究了缺陷光子晶格的局域光现象,最后研究了阵列光束与写入晶格的相互作用。所完成的主要工作如下:1.用成像法在不同厚度LiNbO₃:Fe晶体中制作缺陷光子晶格时发现:晶体的厚度与折射率、透镜焦距、物距、透镜孔径等实验因素对写入的晶格的品质有决定性的影响,且当实验因素确定的情况下,晶格的尺度存在下限。理论分析了实验因素同晶格品质以及晶格品质同晶格尺度之间的关系,为更好的利用成像法制作光学微结构提供了一些有价值的参考,是本论文研究工作中的一个小创新点。另外,在优化了各实验因素的基础上,利用该方法在LiNbO₃:Fe晶体中制作了波导间距为40μm的光折变集成光路光学谐振微腔,证明了利用全光学的方法制作光学器件存在现实上的可行性。2.利用成像法在LiNbO₃:Fe晶体中诱导出了无晶格的线形折射率“凹陷”与线缺陷结构的光子晶格,用探测光束读“凹陷”与缺陷的过程中发现:缺陷对光波具有一定的局域作用,而“凹陷”则没有这一特性。根据光子带隙理论对该现象做了初步解释。分析认为,缺陷局域光波的现象是由于缺陷模边界处的波导阵列对光波往复的布拉格反射引起的,缺陷晶格的导光机制类型是布拉格反射型。3.利用三光束干涉光场在LiNbO₃:Fe晶体内构造三角点阵光子晶格的动态过程中,发现三光束干涉点阵的阵列元光斑出现了一分为三的分裂现象。应用相位分裂理论对这一现象作了分析,数值模拟结果与实验现象符合得很好。实验现象和理论分析表明:写入光与写入的晶格相互作用都会发生位相分裂而产生空间二次谐波乃至空间高次谐波,且该现象不仅能在简单结构的光子晶格中产生而且也可以在结构较复杂的光子晶格中产生。本研究对光学微结构的构造以及阵列光束与光子晶格相互作用等方面的进一步研究具有一定的促进作用,是论文全部研究工作中的又一个创新点。