论文摘要
光子晶体在光通信、集成光学中具有非常广阔的应用前景。阵列波导是（2+1）维光子晶体的特殊形式。它可应用在控制光的传播路径、光学互连以及研究光在光子晶体中的传播行为等诸多方面。目前关于阵列波导的制作方法的研究比较多,但大多工艺都比较复杂。用全光学方法在光折变晶体中构造阵列波导是一种最简便可行的方法。光诱导（光感应）光折变实时制作阵列波导技术的出现,改善了传统制作阵列波导的局限性,从而使得对于（2+1）维光子晶格的构造更具有实时性,因此对于光在光子晶格中的传播行为的研究变得更容易,目前（2+1）维光子晶格中分立衍射和分立孤子的研究成为非线性光学的一个研究热点。在自聚焦光折变晶体中光诱导波导阵列比较容易,但不易保存且材料价格昂贵。因此,研究在自散焦光折变晶体中用全光学方法写入波导阵列的机理和阵列光束与写入晶格的相互作用规律,是构造出所需的光子晶格是首先要解决的基础课题。本论文工作中,我们使用输出波长为532nm的YAG激光器和输出波长为632.8nm的He-Ne激光器作为光源,在厚度不同的自散焦光折变晶体——LiNbO3:Fe晶体中利用多种光感应方法（光学傅立叶变换法、干涉法、成像法）实时成功地制作了多种不同晶格周期的（2+1）维非线性光子晶格。实验结果表明:选择合适的振幅掩模,用光学傅立叶变换法,适当地控制辐照时间,可以制作周期较小的（2+1）维波导阵列;但是制作的波导阵列的面积较小。用干涉法可以很容易地写入大面积的一维波导阵列,但制作（2+1）维波导阵列的光路比较复杂;用成像法制作光子晶格时,虽然可以容易地在光子晶格中引入“缺陷”,但是晶格周期较大,且需要的写入时间较长。但只要能制作出较高质量的振幅掩模一般都能够写入光子晶格,还可以根据需要制作合适形状的掩模来制作带有相应形状的缺陷的光子晶格。在制作光子晶格和研究光在光子晶格中的传播行为时,我们首次观察到了一种空间频率的倍频现象。在用光学傅立叶变换法和干涉法制作光子晶格时,发现在双光束写入过程中干涉条纹会一分为二、在四光束写入过程中干涉图样会一分为四的一些新的实验现象。我们对此现象进行了仔细的研究,证明这是一种空间频率的倍频现象,是入射的阵列光束与写入的光子晶格相互作用的结果,并用相位分裂的观点给予了初步解释,它是光折变光子晶格非线性的重要表现。从其产生的物理机制来分析,入射的阵列光束与写入的光子晶格相互作用不但可以产生空间二次谐波,而且还可以产生空间高次谐波。利用这一特性可以写入倍频光子晶格和空间高次谐波光子晶格。这一特性的发现对光折变光子晶格和光学微结构的制作是非常有意义的,这将有利于进一步研究在自散焦晶体中用阵列光束写入波导阵列及光学微结构的机理以及阵列光束与写入晶格的相互作用。在用傅立叶变换法制作光子晶格的基础上,观察了不同晶格的分立衍射现象。实验中我们除了观察到常见的分立衍射外还发现一种新的分立衍射现象,并对此作了初步分析。另外,还对引入缺陷模形成分立孤子的问题作了初步研究。