1、周期性微結(jié)構(gòu)因其特殊的光學性質(zhì)近年來受到了廣泛的重視。在這種結(jié)構(gòu)中，光的傳播性質(zhì)較其在普通介質(zhì)中有著顯著的不同。并且通過改變周期結(jié)構(gòu)的某些物理參數(shù)，能夠?qū)鈧鞑ミM行主動的操控，因此吸引了研究者們的極大興趣，為人們控制材料的光學性質(zhì)展示了誘人的前景。
　　 本文中分別對不同材料的周期性光學微結(jié)構(gòu)進行了實驗和理論上的研究。對于金屬周期性微結(jié)構(gòu)的研究，我們提出了一種新的構(gòu)建金屬光柵的方法：利用鈮酸鋰晶體的逆壓電效應。通過對此種方式下獲

2、得的光柵的激發(fā)，觀察到了表面等離子激元（surface plasmon polaritons，SPPs）的出現(xiàn)。另外，對于介質(zhì)周期性微結(jié)構(gòu)的研究，主要對納米介質(zhì)波導陣列的光傳播性質(zhì)進行了理論上的分析，并且應用時域有限差分法（Finite-difference Time-domain，F(xiàn)DTD）對介質(zhì)納米波導陣列的光傳播性質(zhì)進行了模擬。
　　 本論文的主要內(nèi)容如下：
　　 第一章分別對金屬周期性微結(jié)構(gòu)和介質(zhì)周期性微結(jié)構(gòu)的基

3、本物理性質(zhì)進行了介紹，并概括性地介紹了它們的發(fā)展現(xiàn)狀，應用前景等問題。
　　 第二章講述了利用鈮酸鋰晶體的逆壓電效應，構(gòu)建動態(tài)可調(diào)的金屬光柵。首先在鈮酸鋰晶體內(nèi)部用兩波耦合法記錄下體相位光柵。根據(jù)鈮酸鋰晶體的光折變效應，明暗分布的相干條紋會導致晶體內(nèi)部的載流子的激發(fā)。隨著載流子激發(fā)、遷移、俘獲的過程的完成，最終在晶體內(nèi)部形成一個周期調(diào)制的空間電荷場。由于鈮酸鋰晶體的逆壓電效應，晶體內(nèi)部的調(diào)制空間電荷場會引起晶體內(nèi)部及表面應變張量

4、的變化。這樣，在鈮酸鋰晶體的內(nèi)部和表面都會受到力的作用而產(chǎn)生微小的形變。此時，濺射到鈮酸鋰晶體表面的銀膜也會隨著晶體表面形貌的變化而產(chǎn)生形變。雖然這種形變量非常之小，以至于在通常情況下無法通過衍射被觀測到，但是，對于激發(fā)SPPs所需要的金屬光柵振幅，這樣的形變量是足夠的。因此，當探測光照射到金屬光柵上時，可以觀察到SPPs被激發(fā)。這種構(gòu)建金屬光柵的方法具有很好的重復性，并且我們從不同的角度進一步證明了金屬光柵的確實存在。
　　

5、與傳統(tǒng)刻蝕的方法獲得金屬光柵不同，利用鈮酸鋰晶體的逆壓電效應構(gòu)建的光柵是動態(tài)可調(diào)的。相比之下，這種方法簡單，可調(diào)，容易獲取，并且保持了銀膜的完整性。利用這種方式還可以構(gòu)建復合光柵，即在同一個位置上和一個方向上，構(gòu)建了具有不同周期的兩個光柵，同樣用探測光對金屬光柵進行激發(fā)時，可以在相應的兩處不同位置上觀測到SPPs的激發(fā)。在鈮酸鋰晶體內(nèi)存儲圖像時，由于LiNbO3：Fe的逆壓電效應，濺射在晶體表面的銀膜同樣也會隨著晶體表面的形變而發(fā)生起伏

6、，此時的形變是帶有所存圖像的信息的。在這樣的情況下，被激發(fā)的SPPs與光波相互作用產(chǎn)生的一級衍射將得到放大，可以在適當?shù)奈恢蒙嫌^測到一級衍射的圖像。
　　 第三章主要介紹了納米波導陣列中光束的傳播性質(zhì)。在介質(zhì)納米波導陣列中，普通的波導耦合方程不再適用。因為普通的耦合方程中，只考慮了近鄰波導間的耦合作用?？墒?，在納米波導中大部分能量都集中在波導的外壁傳播，因此除了考慮近鄰波導間的耦合作用，還要考慮其它波導間的耦合作用。我們對光波耦

7、合方程進行了修正。為了簡化計算，我們只是討論了近鄰波導耦合與次近鄰波導耦合作用下耦合波方程，并且對三波導納米分立系統(tǒng)和四波導納米分立系統(tǒng)進行了方程的推導求解。結(jié)果表明，對于三波導納米分立系統(tǒng)（最簡單的納米奇數(shù)波導陣列），要使光束能量從一條波導完全的轉(zhuǎn)移到另外一條波導中，需要本征傳播常數(shù)之比為含有負數(shù)的偶數(shù)之比；對于四波導納米分立系統(tǒng)（最簡單的納米偶數(shù)波導陣列），要使光束能量從一條波導完全轉(zhuǎn)移到另一條波導中，需要本征傳播常數(shù)之比為含有負數(shù)