（光学工程专业论文）基于法布里珀罗腔结构的光学可调谐滤波器研究.pdf

浙江大学硕士论文 光的电调谐性能，选用的测试波段为6 5 1 0 0 0 n m ，o 3 v 电压内的调谐范围达到 3 0 i l n l 。另外对e 光和。光的角度调谐性能也相应地进行了分析研究，并分析了 影响滤波器性能的一些因素。最后根据温度对液晶折射率的影响，分别测试了。 光和e 光在不同温度下的透射特性，结果表明当温度升高时，o 光的透射率曲线 往长波方向移动，而e 光的透射率曲线往短波方向移动。 关键词：光学薄膜；液晶；法布里一珀罗腔；光子晶体：可调谐滤波器；复用 解复用器；超棱镜效应 i l 浙江大学硕士论文 a b s t r a c t t ba d a p tt ot 1 1 ed e v e l o 舯n e n to fd w d m ，w es h o u l dc u td o 啪t 1 1 ep h o t o e l e c 嫡c d e v i c e so f t h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m n o wr e s e a r c h e r sa r er e s e a r c h i n gt h ep r a t i c a la 1 1 o p t i c a lc o r m u i l i c a t i o n n 酿阳r k a n d t h et i l l l a b l e o p t i c a l f i l t e ri si n d i s p e n s a b l e b a s e do ns o m e g e n e r a lt l l e o r i e sa b o u t 恤es upe巾rism e 圩ti n p h o t o n i cc r y s t a l ( p c ) a 芏1 dt h e f a b r y - p e r o t f i l t e r w e m a i n l y f o c u s e do n m e studyofthe协cidence锄gle t i l n a b l ef i l t e r 讯t l lt l l i n f i l mf a b 驴p e r o tc a v i t y ，t 1 1 es u p e r p r i s me f f e c ti nt h e l i q t l i dc r y s t a l f a b r y p e r o tf i l t e r ，嬲w c l la st h em u m h e 印t u n a b l ef i l t e rb a s e do nl i q u i dc r y s t a l f a b r y p e r o tc a v i 够 1 、r e s e a r c ho nt h ei n c i d c n c e 锄g l et 凹a b l ef i l t e r 诫t ht h i n f i l mf a b r y p e r o tc a v i t y u t i l i z i n gt h el a r g eg r o u pd e l a ya tm ew a v e l e n g i ho fp e a l ( t 1 1 e 廿a n s m i t 协n c eo f t h i n f i l mf a b r y - p e r o tf ilter，we presented t 1 1 em e t l l o d t oa c h i e v e l a r g es p a t i a ld i s p e r s i o no fd i 疵r c mw a v e l e n g t l l w e c a 士l c h a i l g et 1 1 ei n c i d e n c ea n 9 1 e t og e t n m a b l ep r o p e n y a i l da c l l i e v es p a t i a l demuhi拼exerbased o nt h i sc onsideration，w em a d et l l ea n a l y s i so nm et 1 1 i n - f i l mf a b r y p e r o tf i l t e rs t n l c t w ea 圳( h l ) 5h 6 lh ( l h ) 5 s u b 1 1 1 ed e v i c ew a sd e s i g n e da 1 1 df a b r i c a t e d ，a l s om em e a s u r e m e n t s e t u p d l i c hi su s e df o rd e t e c t i n g t 1 1 es h i f t causedb ys p a t i a l d i s p e r s i o nw a sb l l i l t w 色a c h i e v e dm es p a t i a ls h i rr ) r tlle i n c i d e n c e 蛐g l e 2 7 8 0 、3 0 9 。a l l d3 3 。，c o m p a r e dt l l em e a s u r e dv a l u e s wi血也eo咒ticv a l u e sa n dm a d et l l ea n a l y s i so nm ee n d rb e t w e e n 也em e a s u i _ c dv a l u e s 趾dm e o r p t i cv a l u e s 2 、r e s e a r c ho nt 1 1 es u p e l p r i s me 腩c ti nt 1 1 el i q u i dc r y s t a lf a b r y - p e 眦丘l t e r t oo b t a i n t 岫a b l es p 砒i a lo p t i c a l 丘l t w ei n s e n e dal i q l l i dc r y s t a ll a y e ri n t oo n e - d i m e n s 王o n a l t 1 1 i nf i l mp h o t o i l i cc r y s t a l 柚dd e s i g n e das 饥l c t u r eo fl i q u i dc r y s t a lf a b r y p e r o t f i l t e lb a s e do ni t sl a r g eg r o u pd e l a ya tw a v e l e n g t ho fp e a k 仃a i i l s m i t t a n c e ，m e s u p e r p r i s me f r e c ti nt l l i ss 劬岭t u r ew a sn 啪e r i c a l l ys i m l l l a t e d u t i l i z i n gt l l ee l e c t r i c t u n a b l ee 仃e c to fl i q u i dc r y s t a l ，t 1 1 ei n c i d e n “i g h t sa tv a r i o u s 、 r a v e l e n g c l lr e 西o n s c o u 】db es p a t i a l l ys e p 蹦l t e d 1 kf m i t e d i 彘r e n c ei t e m t i v em e m o dw a sl l s e dt o i l i 浙江大学硕士论文 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 光波分复用技术 w d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x e r ) 是一种光纤波分复用技术1 】【2 】【3 】。 它在一定的带宽上将输入的光信号调制在特定的频率上，然后将调制后的信号复 用在一根光纤上，完成此调制的关键就是波长复用器的应用。复用信号经传送后 到达连接的远端，再经过分离或解复用出不同的波长，然后由不同的检测器将各 自的光信号转换成电信号，或者直接获取各自的波长信号，并且将它们连接到其 它的w d m 线路上。w d m 波分复用的系统结构图如图卜1 所示。 图卜1w d m 波分复用设备的系统结构 w d m 的优势在于：复用多个光业务流到一根光纤上，允许灵活地扩展带宽， 降低复用成本，重复利用现存的光信号。特别是在光放大器引入后，光一电转换 不再成为必须。w d m 光联网实现的关键是光分插复用器( o a d m ) 和光交叉连接器 ( o x c ) 的引入，组成这些元素的基本模块是空分交换模块，建立起输入和输出 端口之间的信道联接。所有这些，将使电信网络通路的组织、调配、安全保护等 更趋灵活。 w d m 传送网分为三层结构：电路层、通道层和传输媒质层。其中光通道( 0 p ) 技术是关键技术，能够同时提高线路传送容量和节点的吞吐量，而且在宽带宽、 终端到终端的通信中，能够显著降低传送网的成本。0 p 模式分为两种结构：波 长通道( w p ) 和虚波长通道( v w p ) 。w p 在整个路由中分配唯一一个波长，而v w p 在每个链路上分配一个波长；w p 具有全局意义，而v w p 只具有局部意义。这两 浙江大学硕士论文 种结构各具特点：采用v w p 技术，波长利用率和路由选择的自由度将高于w p 技 术，对于同一物理网络结构和同样数目的波长，v w p 可以容纳更多的光通道；从 波长的管理角度出发，w p 方案要求对全网进行集中控制，而v w p 采取链路到链 路的分布式控制；在w p 方案中，若不能分配一个从源节点到目的节点波长一致 的光通道，就会发生波长阻塞，而v w p 只存在由于没有空阁的波长通道造成的容 量阻塞。光通道交叉连接( o p x c ) 提供了v w p 方案所要求的波长转换能力。o p x c 通过传送一耦合型矩阵开关( d c s w ) 的应用，为v w p 提供高性能的调制和升级能 力。 w 咖光联网己由最初的线形点到点式传送结构，逐步转变为环型结构、网型 结构。现在的w d m 系统与s d h 在结构上非常相似，w d m 光联网是在s d h 的基础上， 应用o a d m 和o x c 设备建立起来的。与后者相比，其网络容量不断提高，保护能 力也日益增强。 当今光传输通信网络，无论是骨干长途网、本地城域网还是用户接入网，都 大量以d w 删( 密集波分复用) 为平台，基于d w 蹦的光传送网构成了整个通信网 的基础物理层。根据国际电联i t u tg 6 9 2 建议d w d m 技术是在波长1 5 5 2 5 2 n m 窗口附近( 对应的频率为：1 9 3 1 t h z ) 的1 5 3 0 1 5 6 0 n i l l 波长范围内，选用密集 的但相互又有一定波长间隔的多路光载波( 掺铒光纤放大器e d f a 对这些光载波 具有比较平坦的增益) ，受不同数字信号的调制，将不同波长的光信号复用在一 根光纤上传输，大大提高了光纤的传输容量。 目前国内传输网主要采用g 6 5 2 和g 6 5 5 两种光纤光缆。对于在g 。6 5 2 和g 6 5 5 光纤上传输以1 0 g b ，s 为基础速率的w d m 系统，一般需要采用色散 管理技术对色散进行补偿。目前最商用化的色散补偿方法是采用具有负色散( 或 正色散) 特性的光纤即d c f ，在w d m 系统上加入d c f 并不会导致系统传输距 离缩短，但会使w d m 系统增加成本。另外，以1 0 g b s 为基础速率的w d m 系 统对光纤的偏振模色散( p m d ) 指标有严格要求，当偏振模色散( p m d ) 指标 超出系统允许的范围时，将不能开发1 0 g b s w d m 系统。 自1 9 9 8 年以来，以2 5 g b ，s 为基础速率的1 6 3 2 波w d m 设备在国内传输网 上得到了广泛的应用；2 0 0 0 年至今，随着业务量的增加，传送容量的加大，以 l o g w s 为基础速率的3 2 ，4 0 波w d m 设备逐渐成为传输平台的主流。鉴于集成式 2 浙江大学硕士论文 w d m 系统制式应用和扩展的局限性，骨干层全部采用开放式w d m 系统。目前 商用化波分复用系统的基础速率主要有2 5 g b s 、1 0 g b ，s 两种。从w d m 系统拟 承载的s d h 业务来讲，s d h 2 5 g b ，s 系统只能对6 2 2 m b ，s 带宽以下的数据业务在 传输层面实旋保护，而1 0 g b s 系统可对2 5 g b s 带宽以下的数据业务在传输层面 实施保护。另外1 0 g b s 线速i p 路由器的问世，将来可方便地与w d m 系统的 1 0 g w s 速率的波道直接相连。对于基于4 0 g b ，s 的w d m 系统，目前各厂家都正 在研发中，商用化的产品不多。 当前基于w d m 系统的光传输网的发展主要有以下几个趋势【4 】： ( 1 ) 超长途( u l h d w d m 设备近来成为传输界关注的焦点。超长途d w d m 系 统比较充分地利用了光纤的传输带宽，解决了网络节点问无电中继传输问题，对 多种数字业务具有透明传输特性，具有极高的性能价格比，正逐渐成为核心网传 输技术的首选方案。目前，超长途传输系统在码型技术、f e c 技术、r a m a n 放大器 技术、色散补偿技术、孤子技术等方面都有所突破，延长了传输距离，可实现 2 0 0 0 4 0 0 0 k m 的无电中继传输。 ( 2 ) 可重构的光分插复用器( r o a d m ) 是目前业界的热点话题，在2 0 0 4 年2 月的o f c 会议上，很多厂商都纷纷展示了他们的r o a d m 部件和子系统，不过r o a d m 在网络中大规模采用还要等待价格的下降和技术的进一步成熟。r o a d m 具有如下 优点：l 、运营公司可根据需要上下波长，仅仅通过操作键盘即可实现控制，这 不仅大大简化了网络，而且节省了人工配置所需的费用。2 、r o a d m 采用了交换 矩阵，可将环形的网络变成灵活的网状结构。3 、r o a d m 在整个波长内均衡了信号 噪声。运营公司一直希望可配置的肼蹦系统能在网络中采用，但目前有关设备的 费用高昂。随着一批新的d w d m 厂商正研制新的、价格便宜的r o a d m 产品。 ( 3 ) 光交叉连接( 0 x c ) 设备是未来智能化光网络的核心，也是近几年光光 网络研究中的热点，近来一些大型国际通信展上也经常可以见到其展览设备，其 中以北电的h d x 光交叉连接设备最为引人注目。目前，北电的h d x 光交叉连接平 台传输容量达到5 t b i t s ，而以前为1 2 t b i t s 。升级后的h d c 设备仍具有网络智 能和自动控制的能力，这种新的光交换系统可使运营公司节省5 0 的运营费用。 实现光交叉连接( 0 x c ) 的关键在于开发应用先进的光器件，特别是光交换器件 和光波长转换器件，国外已研制了多种可用于实现光交换的器件，并己申请专利。 浙江大学硕士论文 目前，基于二维( 2 d ) 和三维( 3 d ) 设计的m e m s 光开关技术发展很快，已有厂家 能提供商用产品，交叉规模很快可达5 1 2 5 1 2 甚至1 0 2 4 1 0 2 4 ，但价格仍是阻碍 其推广的主要因素。 ( 4 ) 由于受多种物理效应( 如色散、非线性、光信噪比和器件集成度) 的 限制，前几年4 0 g b i t s 系统进展不大。新的i p 路由器的发展推动了4 0 g b i t s 的 需求，4 0 g b i t s 设备的市场在2 0 0 3 年底开始出现复苏的迹象，一些设备厂商宣布 将推出4 0 g b i t s 的产品，运营公司( 如德国电信和m c i ) 开始在网络中进行 4 0 g b i t s 系统的现场试验，这些都标志着4 0 g b i t s 的系统技术开始走出低谷。 一些4 0 g b it s 的光器件厂商认为，2 0 0 5 年4 0 g b i t s 的设备将进入商用，最终采 用哪种传输调制格式更能提高4 0 g 系统的传输效率，目前还正在用户中进行试验， 没有最终确定。 1 1 2 可调谐滤波器 为适应将来d w d m 的全面发展，减少通信中的光电转换环节，人们正在研究 实用化的全光通信网络，可调谐滤波器【5 l 【6 】【刀是全光通信中不可缺少的器件。未 来的光网络将向更加智能、灵活和可配置性方面发展，因此对可调谐滤光器的性 能提出越来越高的要求，包括调谐范围、响应速度、带宽、截止度、平坦度以及 调谐的单调性和线性等等。 1 光纤布拉格光栅 光纤 x 浙江大学硕士论文 它调谐法( 运用电、磁、热等物理量变化间接调谐) 等方法。 直接应力法主要包括直接应力拉伸法、应力轴向压缩法和压力法等。直接应 力法是最简单的布喇格光纤光栅调谐方法，就是将光纤光栅的一端固定，另一 端施加一定的拉力或压力，使f b g 沿轴向发生应变。对于拉伸的情况，调谐范围 受光纤光栅自身因素的影响较大，一般调谐范围在l o n m 以内。对于用较弱的紫外 光束写入的反射率不高的光纤光栅，由于写入过程对光纤的损伤减小，可以成倍 地提高调谐的范围。这种调谐方法的缺点是容易拉断光纤光栅，具有较大的破坏 性，所以要对拉伸装置和使用寿命进行仔细的设计和考虑。 梁调谐法主要包括简支梁调谐法、悬臂梁调谐法和扭转梁调谐法等。南开大 学的刘治国教授首先报道了这种光纤光栅的调谐方法。将布喇格光纤光栅粘贴在 简支梁下表面( 或上表面) 的中央部位，施力于梁中央位罱使其挠度发生变化，梁 的弯曲在表面上产生的应变传递到光纤光栅，进而达到调节其反射光谱中心波长 的目的。实验证实该装置对光纤光栅波长可进行双向调节，线性度好，调谐量超 过1 0 n m ，重复性非常好，操作方便而且可编程控制。 压电陶瓷调谐法是将布喇格光纤光栅固定在压电陶瓷驱动器上，用电压控制 压电陶瓷的伸缩，以调节光纤光栅反射光谱的波长。用这种方法可以实现1 3 4 4 n m 的波长调节。这种调谐方法具有响应快、结构紧凑等优点，但是压电陶瓷电 致伸缩的非线性决定了该调谐方法为非线性调谐，而且调谐量有限。对于光纤光 栅 x 浙江大学硕士论文 兰睁 f l 暑j 洲k t ： 嚣 v ；l；1 夕 图卜5f - p 腔光滤波器的参数不意图 自由光谱范围是指在f p 腔可调谐光滤波器频谱传输函数中，相邻谐振峰值 点之间的波长间隔，如图卜5 中的f s r 。自由光谱范围越大表明能通过此f _ p 腔可 调谐光滤波器的w d m 信号的波长信道数越多。 带宽是指从谐振峰值点下降到其值的一半处时的光谱宽度，如图中的v ， 带宽越窄，说明f - p 腔可调谐光滤波器的选择性能越好。 精细度是指自由光谱范围与带宽的比值，即谐振腔的q 值。精细度是衡量f p 腔可调谐光滤波器的一个相当重要的指标。精细度越高，f p 腔可调谐光滤波器 选频特性越好，通过此滤波器可复用的w d m 信道数也越多。为了获得高精细度， 对反射镜平板的平行度、粗糙度和反射镜薄膜表面的缺陷控制都要求非常高，因 为光束在两反射镜平板之间多次反射时，这些误差都会造成光线的散射，从而降 低滤波器的精细度。 浙江大学硕士论文 1 1 3 光子晶体滤波器和“超棱镜”效应 1 光子晶体 光子晶体【1 5 】【16 】的概念是1 9 8 7 年由y a b l o n o v i t c h 和s j 。h n 分别提出的，它 是根据传统的晶体概念类别而来的。在固体物理的研究中发现，晶体中周期性排 列的原子产生的周期性势场对其中传播的电子有一个特殊的约束作用：由于电子 波会受到周期势场的布拉格散射，会形成能带结构，带与带之间可能存在带隙。 电子波的能量如果落在带隙中，传播是禁止的。描述光子在周期性介质中行为的 是m a x w e l l 方程，而电子在半导体中的行为则是用薛定锷方程。经过简化后二者 具有很大的相似性，因此可以预见光在光子晶体的行为和电子在半导体中的行为 具有极大的相似性。其中最重要的一点就是求解描述光子在周期性介质中行为的 m a x w e l l 方程可以发现，该方程只在某些特定的频率有解，而在另一些频率范围 无解。这也就是说，在介电常数成周期性分布的介质结构中电磁波的某些频率是 被禁止的，通常称这些被禁止的频率区间为“光子带隙”( p h o t o n i cb a n dg a p ) ， 而称具有光子带隙的材料为光子晶体。 光子晶体概念的提出是基于光子在周期性结构中的行为与电子在普通半导 体晶体中行为具有强烈的相似性，这些相似性一方面预示了光子晶体大有可为的 应用前景；另一方面，也为我们将不同半导体晶体的研究方法移植到光子晶体的 研究中来奠定了基础，固体物理中的很多概念都可以用在光子晶体上，如倒格矢， 布里渊区，色散关系，b 1 0 c h 函数等等，能带理论和很多能带计算方法也可以经 过少许修正和变化后为光子晶体所用。在光子晶体概念提出以来，越来越多的科 学工作者投入到这方面的工作，尤其是理论计算方面进展很快。最初的计算方法 是从固体物理中能带的计算发展过来的，主要采用的是平面波展开法( p w m ) 【1 7 】【1 8 】，传输矩阵法( t 删) 【1 9 】f 2 0 】，有限时域差分法( f d t d ) f 2 l 】瞄】【2 3 】，多重散射 法f 2 4 】【2 5 1 等等，都有各自适用的情况和场合。 2 超棱镜效应 普通玻璃棱镜可以将光分解成七色其光谱从紫色( 3 8 0 n m ) 到红色( 7 8 0 n m ) 。 波长( 7 8 0 n m ) 是频宽( 7 8 0 n t 【r 3 8 0 n m ) 的2 倍。在频谱内分散角不超过1 0 度，色散 角在波长差l 内仅o 1 度。普通玻璃棱镜色散效应是由材料色散引起，是一种相 8 浙江大学硕士论文 速度效应。 对于光子晶体的研究发现，对于禁带附近波长的电磁波，光子晶体可以表现 出很强的色散现象。例如对于波长为1 0 0 0 n m 和9 9 0 n m 的两束光，常规的棱镜几 乎不能将它们分开，但采用合适的光子晶体后可以将它们分开到6 0 度。正因为 这一“棱镜”作用大大超过了普通棱镜，可以达到普通棱镜色散效果的5 0 0 倍 【2 6 】【2 7 1 ，故而命名为超棱镜效应。 b c o 。一t ，r ；m 麓悉黑挈嚣生f 图卜6 超棱镜与普通棱镜色散效果对比示意图 理论和试验研究表明，“超棱镜”效应在一维、二维及三维光子晶体中都存 在。2 0 0 0 年，f e l b a c q l 2 8 】等人对b r a g g 镜的研究表明在一维光子晶体中存在着光 的超折射现象。这个现象可以用于制作波分复用系统中的分波器件【2 9 】；同年， m a r t i n ag e r k e n f 3 0 】等人也提出用周期性薄膜介质堆实现一维光子晶体，利用其 高色散制作新型的波分复用器件，同时发现非周期的薄膜结构也可以用来设计大 色散器件。 1 2 本论文研究内容 1 2 1 变角度空间可调谐薄膜法布里一珀罗滤光片 对薄膜法布里一珀罗滤光片的超棱镜效应进行研究分析。理论上证实了薄膜 法布里一珀罗滤光片的透射光同样具有超棱镜现象，并用薄膜特征矩阵方法对有 限周期及非周期的薄膜堆的色散进行了计算，给出了模拟结果。由于群速度几乎 不随入射波长的变化而变化，只要改变入射角，就可以得到各个入射角条件下该 器件的空间色散曲线，我们设计并模拟了透射光色散位移随入射角度的变化曲 线。同样对于反射光也有类似的现象，这个特点已经被广泛用来设计光通信中的 色散补偿器件p 1 】p 2 】【3 3 1 。考虑到反射光具有更大的空间色散位移，我们对薄膜法 9 浙江大学硕士论文 布里一珀罗滤光片a i r l ( h l ) 5h6 lh ( l h ) 5 is u b 在不同角度下的色散位移进 行了理论和实验分析研究。制备了薄膜法布里一珀罗滤光片样品，测试了在入射 角为2 7 8 。、3 0 9 。和3 3 0 时的空间色散位移大小，并和理论值进行了比较，分 析了离开中心波长处的测试结果与理论值具有一定误差的原因。 1 2 2 液晶法布里珀罗可调谐滤波器 1 液晶法布里一珀罗滤光片的超棱镜效应 一维薄膜周期结构由于其结构的特殊性，根据w k b 近似条件，可以推导出群 速度在垂直于传播方向上的切向分量仅与膜系的结构参数有关，而与波长无关 【3 4 】；同时，超棱镜效应产生的光束空间色散在数值上即等于群速度的切向分量 与群延迟的乘积，因此基本可以认为超棱镜效应产生的光束空间延迟与不同波长 在通过膜堆时产生的时间延迟( 群延迟) 之间存在正比关系。但对于多周期高反 膜来说，限于其结构的自由度【3 5 1 ，很难实现较大的色散效果。为了获得较大的 空问色散，研究者对薄膜结构进行了改善，如：双啁啾反射镜结构【3 6 】、 f a b r y p e r o t 腔结构和g i r e s t o u r n o i s 腔结构旧【3 8 】1 3 9 】【4 叩等。本文在现有的研究 基础上，将液晶层引入到一维高低折射率的介质薄膜中，形成类法布里一珀罗腔 的薄膜结构。此时不同波长的光倾斜入射到该结构后，即可实现空间分离，即实 现解复用器的功能。同时利用液晶的电光效应，对该结构进行调谐，使得解复用 器的工作波段也随着电压的改变而相应变化，大大提高了器件的应用性。本文采 用差分迭代方澍4 1 】【4 2 1 对该结构进惟吲攫酾鞠， x 浙江大学硕士论文 究，并分析影响滤波器性能的一些因素。最后根据温度对液晶性质的影响，分别 测试了。光和e 光在不同温度下的透射特性。 1 3 本论文的主要创新点 本文的主要创新点包括以下几个方面： l 、利用薄膜法布里一珀罗滤光片的超棱镜效应，提出了基于变角度的空间光 可调谐滤波器，设计并实验制作了滤波器样品，并对其性能进行测试研究，测试 结果表明该滤波器的可行性和实用性。 2 、将液晶层引入到一维高低折射率的介质薄膜中，形成类法布里一珀罗腔的 薄膜结构。理论分析该结构具有超棱镜效应，并模拟了其结果。此时不同波长的 光倾斜入射到该结构后，可实现空间分离，实现解复用器的功能。同时利用液晶 的电光效应，对该结构进行调谐，使得解复用器的工作波段也随着电压的改变而 相应变化，大大提高了器件的应用性。 3 、在制作液晶盒的定向层时，为使聚酰亚胺薄膜镀得更均匀，提出了采用 氧离子对高反膜表面进行轰击，轰击后将大大降低薄膜的表面能和表面接触角， 从而使聚酰亚胺溶液均匀地覆盖在高反膜表面，成膜后不存在明显的肉眼可见的 缺陷。 4 、根据法布里一珀罗腔的干涉原理，设计了一种可调谐的多峰滤波器。根据 液晶的电光效应，可对其进行调谐。实际制各了该滤波器样品，测试结果表明具 有良好的调谐性能。 5 、根据温度对液晶性质的影响，分别测试了液晶法布里一珀罗滤光片在不同 温度下。光和e 光的透射特性。 参考文献 1 h ut a i g u a n g s i x 浙江大学硕士论文 m a g a z i n e v o 】3 6 n o 1 2 p 2 8 - 3 6 4 李辉，“光传送网技术及趋势”， s 达光学网，2 0 0 4 5 h h e r r m a n n ，k s c h a f e ra n dc s c h m i d t ，l o wl o s st u n a b l ej n t e g r a t e da c o u s t o o p t j c a l w a v e l e n g t h 行i t e ri nl i n b 0 3w i t hs 仃0 n gs i d e l o b es u p p r e s s i o n ”，i e e ep h o t o n i ct e c h n o l o 盱 l 酣e r s ，v o l l o ，1 9 9 8 ，j 柚u a r y ，p p 1 2 0 - 1 2 2 6 e lw 0 0 t e n ，r ls t o n e ，ew m i l e se ta 1 ，r 印i d l yt u n a b l en a r r d w b 绷dw a v e l e n 醇hf i l t e r u s i n gl i n b 0 3u n b a l a n c e dm a c h - z e i l l l d e ri n t e m r o m e t e r s ”，j l i g l l t 、v a v et e c h n o l o g y ， v o 】1 4 ( 1 1 ) ，】9 9 6 ，n o v e m b e r ，p p 2 5 3 0 - 2 5 3 6 7 j s p a t e l ，m a s a 墒，d 、mb e r 咒m a ne ta 1 ，e l e d r i c a yt u a n b l eo p t i c a l6 j t e rf b ri n f r a r e d w a v e l e n 甜hu s i n gl q u i dc r y s t a i sj naf a b r y p e r o te t a l o n ”，a p p l p h y s l e 廿，v 0 1 5 7 ( 1 7 ) ，1 9 9 0 o c t o b e r ，p p 1 7 1 8 - 1 7 2 0 8 k o h i i i ，8 m a l o ，f b i l o d e 叫e ta i ，“v 撕a b l e - s p e c n 讪一r e s p o n s eo p t i c a lw a v e g u i d eb r a g g 蓼a t i n gf i l t e r sf o ro p t i c a ls i g i l a ip r o c e s s i n g ”，o p t l e t t ，v 0 1 2 0 ，1 9 9 5 ，p p 1 4 3 8 一1 4 4 0 9 h j p a t c k ，g m ，w i l l i 锄s ，a d k e r s e ye ta 1 ，“h y b df i b e r b m g gg r a t i n i o n gp e 咖 舶e rg r a t i n gs e n s o rf b rs t r a j 肌e m p e 栅r ed i s 嘶m i n a t i o n ”，l e e ep h o t o n t e c h l e t t ，v 0 1 8 ( 9 ) ，1 9 9 6 ，s e p t e m b e lp p 1 2 2 3 - 1 2 2 5 l o m k u z n e t s o v ，“c a s a d e dc 叫p l e r m a c h - z e h n d e rc h 蚴e j d r o p p i n g f i l t e r s f o r w a v e l e n g m - d i v j s i o n - m u l t i p l e x c do p t i c a ls y s t e m s j l i g h t w a v et e c h n o l o 斟，v 0 1 1 2 ( 2 ) ， 1 9 9 4 ，f e b m a r y ，p p 2 2 6 - 2 3 0 1 1 a f r e n k e la 1 1 dc l t n ，a n g l e _ t 咖e de 诅l o nf i l t e r sf o ro p t i c a lc h 锄e 1s e l e c t i o ni nh i g l l d e n s 时w a v e l e n g t l ld i v j s i o nm u l t i p 】e x e rs y s t e m s ij l i 曲m a v et e c l l l l o l o 到，v 0 1 7 ( 4 ) ，1 9 8 9 ， a p l ，p p ，6 1 5 - 6 2 4 1 2 c k m a d s e n ，j a w a l k k w g o o s s e ne ta 1 ，at u a n b l ed i s p e r s i o nc o m p e n s “n g m e m s a 1 1 p a s sf i l t e r ，l e e ep h o t o n t e c h l e n ，v 0 1 1 2 ，2 0 0 0 ，j u n e ，p p 6 5 l - 6 5 3 1 3 k h i r a b a y 船h i ，h t s u d a 锄dt k u r o k a w a ，n 锄m v - b 卸dt 帅a b l ew a v e l e n g t l l 一s e l e c t i v e 矗h e r so f f a b r y - p e m ti n t e m r o m e t e r sw i 山al j q u i dc r y s t a ii n t m c a v 计y ”，i e e ep h a i o n t e c h l e t t ，v o i ，3 ( 3 ) ，1 9 9 l ，m a i h ，p p 2 】3 2 1 5 1 4 a f r e n k e la n dc l i n ，a n g l 咖酣e t a l o nf i l t e r sf o ro p t i c a lc h a f l n e ls e l e c t j o ni nh i g | l d e n s 耐w a v e l e n g t l ld i v j s i m u i t p l e x e rs y s t e m s ”，j l i 曲m a v et c c h n o 】o g y ，v 0 1 7 ( 4 x19 8 9 ， a 州l ，p p 6 1 5 6 2 4 1 5 e y a b l o n o v i t c h ，p h y s r “l e t t ，1 9 8 7 ，v o l5 8 ，p 2 0 5 9 1 6 s j o h n ，p h y s j c a lr e v i e wl e t t e r s ，1 9 8 7 ，、，0 l5 8 ，p 2 4 8 6 1 7 p h o t o n i cb 锄dg a pm 砒e r i a l s ，n a t o ，a s i ，e d i t e db yc m 。s o u k o u l i s ，1 9 9 6 ( k i u w e l d o r d r e c h n 1 8 p h o t o n i cb a n dg 印sa 1 1 dl o c a l i z a t o n ，n m a r w ，e d i t e d b yc m s o u k o u l j s 1 9 9 3 ( p l e n u m ， n e w y o “ 1 9 r t z h e n ge ta l ，p r o c e e d i n g so f s p i e ，2 0 0 2 ，v b l4 9 0 4 ，p 2 0 6 2 0 j & p e n d j m o d o 加c s ，1 9 9 3 ，v o l 4 l ，p 2 0 9 2 1 k s y e e ，l e e et r a i l s a m e 衄舾p r o g a 1 9 6 6 ，v o l l 4 ，p 3 0 2 2 2 c t c h a n ，q l y u ，明d k m h o ，p h y s r “1 9 9 5 ，v 0 1 8 5 1 ，p 1 6 6 3 5 2 3 a j w a r da n dj b p e n d r yp h y s r e v _ 1 9 9 8 ，v o lb 5 8 ，p 7 2 5 2 2 4 k m l e u n g a n dy q 沁p h y s r e v 1 9 9 3 ，v 0 l b 4 8 ，p 7 7 6 7 2 5 l m l i 锄d z q z h 卸蜀p h y s r e v 1 9 9 8 ，v o l b 5 8 ，p 9 5 8 7 2 6 h k o s a i 【a “d ，p h y s r “1 9 9 8 ，v o l b 5 8 ，p 1 0 0 9 6 浙江大学硕士论文 光谱特性的要求，求出每一层薄膜应该选取的折射率和厚度。对于特定的某些膜 系，可以采用解析方法，主要是运用矢量作图法、等效界面法、虚设层法、车比 雪夫多项式法、对称膜系【5 】【6 l 的等效折射率法、势透射率诱导和导纳图解法等基 本的分析手段，对传统的减反射膜、分束镜、高反射镜、干涉截至滤波片、带通 滤波片等膜系进行具体的分析和试探，从而设计出符合要求的薄膜。 2 2 光子晶体超棱镜效应基本理论 通常介质中，光可以表示为单一的平面波形式，但是在光子晶体中，情况却 不一样，根据f l o q u e t - b l o c h 理论，在光子晶体中光波可以表示为许多空间谐波 的总和，所以研究光的传播不能再单单研究一个谐波，而应该整体地对待。因此 光的传播方式应该用电磁波的能量传播速度来描述最为恰当，而不是一般情况下 的波矢量。已经得到证明，在周期性介质中电磁波的能量传播速度与它的群速度 是相等的”。因此研究光子晶体中光的传播方式转换为研究光子晶体中光波的群 速度。 对于一维光子晶体，在一个维度上电介质常数的周期变化引入了一维光子能 带，而由于光子能带结构的出现，使得光在一维光子晶体中的传播比光在一般介 质中的传播要复杂得多【8 l 【9 】 1 0 】，特别是在光子禁带附近光的传播方式发生明显的 改变。 2 2 1 超棱镜效应理论 下面就来解释如何计算“超棱镜”效应中的群传播角和出射位移，如 图2 2 所示。 1 6 浙江大学硕士论文 w e n t z e l 鼬锄c r b r i l l o u i n ( w k b ) 法f 1 碰1 8 】【j 9 l ，这是量子理论的一种准经典近似方 法，指出当局域内波长及波矢随z 缓慢变化时，积聚的相位变化可以通过波矢对z 的积分获得。由于我们采用加和的形式代替积分，因此这里获得的只是一般多层 薄膜堆反射总相位的近似值： 一萄压万引 ( z 一2 1 ) 其中。为相位， 聆，对应各层膜的折射率，为角频率，为切向的波矢量， z 为相应各层的厚度。利用式( 2 2 0 ) 和( 2 2 1 ) ，可以近似得到对于这个结构 近似的z 方向上的波矢量k ( ，) ： 足( ，融) = 爿瓜f 一 ( 2 2 2 ) 其中声为刀亨向上的波矢量，上为整个结构的总厚度。 因为结构中每一层膜的折射率几乎不随光波波长的变化而变化，色散很小， 因此由式( 2 2 2 ) 可以得到： 掣一三军 i 口：l 吲，= 圭军声l ，争 生d c 生d 山 从而得到切向群速度的近似表达式为： 一般a 国l 历万矿“矿 莩h 孵 军( 厢 1 9 ( 2 2 3 ) ( 2 2 4 ) ( 2 2 5 ) 忙劐驯 i i ，三黯 塑望奎堂堡主望奎 一一 s ：隧g 誉；s 列 3 1 ) s = l 纷n y g i + 翻；翻y 毪 i 删。刀： 翻，以：s 1 + 翻；j 式中的盯。：c o s 口c o s 妒，疗y = c o s 曰s i n 妒，门：= s i n 口。应用以上的这些关系式， 将吉布斯自由能密度方程进行展开，得到吉稚斯自由能密度的具体表达式为： = 丢l 厂( 颐警) 2 + g ( 口x 害) 2 】一如等c 。s 2 口警一；( 一警) 2 ( 卵i i l 2 口+ q c 。s 2 力 ( 2 3 2 ) 其中： ，( p ) = k l lc o s 2 口+ 巧3s i n 2 口， g ( = ( k 2 2c o s 2 p + 墨) s i n 2 口) c o s 2 p 口，妒分别是液晶指向矢的倾角和扭曲角：q 和勘分别表示液晶光轴方向和垂 直于光轴的介电常数；u 表示液晶盒所加的电压。所以液晶自由能方程为； = b 出= 靠c 脚，警警泣 ( 2 _ 3 3 ) 液晶在外加电场作用下达到平筏态时，液晶的自由能h 名趋向最小值。利用变分 原理来求解在平衡态下的指向矢分布，由欧拉方程可得： 盟一生 a pc 拓 a d a 口( 幻 a 屹 d a 口a 酝 识 a ( 参 = o 车1 o a ( j a e a ( 警 = o ( 2 3 4 ) ( 2 3 5 ) ( 2 3 6 ) 浙江大学硕士论文 求解上述三个偏微分方程，司以得到液晶指向矢关于至1 日j 位置明分币情况。 2 液晶指向矢分布的计算和模拟 求解式( 2 3 4 ) 、( 2 3 5 ) 和( 2 3 6 ) 三个偏微分方程的方法很多，有牛顿