光学波段光子晶体及低阈值激射研究的任务书.docx

光学波段光子晶体及低阈值激射研究的任务书
任务书：
一、题目
光学波段光子晶体及低阈值激射研究
二、任务背景
随着人们对高速通信、高功率激光技术的不断需求，对光子晶体及低阈值激射的研究也越来越重要。光子晶体是一种利用布拉格反射的光学间隔结构，因其具有光学禁带结构及其特殊的色散特性而成为研究的热点。同时，低阈值激射技术利用光子晶体的禁带结构，使激光的阈值降低，从而实现低阈值激射，减小了激光器的体积及成本，使得激光技术的应用更加广泛。因此，对光子晶体及低阈值激射技术的研究具有重要的现实意义。
三、研究目的
本课题旨在研究光学波段的光子晶体结构及低阈值激射技术，提高其在高速通信、高功率激光等领域的应用能力，并探究其理论与实践。具体目的如下：
1.设计合适的光子晶体结构，实现高效率的反射和吸收功能，提高系统性能。
2.研究光子晶体禁带结构的色散特性及其对激光器的阈值影响，实现低阈值激射。
3.探究光子晶体与材料的耦合特性，提高光任意波长的集成度。
4.优化光子晶体的制备工艺及激光器的工作性能，为其在产业应用方面提供技术支持。
四、研究内容
1.光子晶体结构的设计和制备
光子晶体是由周期性介质构成的结构，因此，我们需要研究适合实验条件的介质材料，并设计出合适的光子晶体结构。此外，还需要选择适当的制备工艺，如影像腐蚀法等，来制备光子晶体样品。
2.理论探究和实验研究
通过光学实验等手段探究光子晶体的禁带结构及其特殊的色散特性。探究光子晶体禁带结构对光子晶体激光器阈值的影响，并与理论计算互相验证。
3.光子晶体结构与材料的耦合特性研究
研究不同类型的材料对光子晶体及低阈值激射器的耦合特性，并探究它们的制备工艺及合适的参数范围。
4.性能优化和产业化应用
通过系统性能测试、参数调节等手段，优化光子晶体与低阈值激射器的性能并拓展其应用范围，最终将研究成果落地实际产业应用。
五、研究方法
1.光学实验法
利用波动光学理论中的各种实验方法，如干涉仪、衍射仪、瑞利斑等，对光子晶体的反射、折射、吸收等光学性质进行测试和分析，以验证光子晶体的特殊色散特性和低阈值激射的有效性。
2.材料制备工艺
通过化学合成、靶材制备、薄膜制备等手段，制备适合光子晶体制备的材料，并探究合适的工艺参数和制备条件，从而实现光子晶体有序和规则分布。
3.数值模拟
在深入了解光子晶体结构与工艺制备的基础上，引入数值模拟方法，建立光子晶体相应的理论模型，研究其禁带特性、色散特性等。
六、预期成果
1.对基于光子晶体禁带结构的低阈值激射器的研究，设计制备出高性能光子晶体结构，实现低阈值激光。
2.发展新型光子晶体材料和制备方法，拓宽光子晶体和激光器的应用范围。
3.解决光子晶体激光器中周期结构不完整、多周期构建、纹理耦合等问题。
4.对光子晶体及低阈值激射技术的理论和实践做出一定的创新和研究成果，为产业化应用提供技术支持。
七、进度安排
第一年：材料制备和光学实验
1.寻找适合实验条件的材料，如半导体、光子晶体等。
2.研究光子晶体内禁带结构的光学性质，尤其是其在可见光区域的色散特性，并进行基本的光学实验供研究使用。
第二年：光子晶体的设计和制备
1.基于上一年的实验结果，设计出具有高效率反射和吸收功能的新型光子晶体结构。
2.选择适当的制备工艺，利用影像腐蚀法等制备光子晶体样品。
第三年：光子晶体与材料的耦合特性研究
1.探究不同类型材料对光子晶体激光器阈值的影响和选择合适的工艺参数和制备条件。
2.分析光子晶体及低阈值激射器的其它性质，如光学谐振产生的激发、热稳定性等。
第四年：性能优化和产业化应用
1.对光子晶体与低阈值激射器的性能进行优化和拓展。
2.最终将研究成果落地实际产业应用。
八、经费预算
本项目预算经费共计50万元。
九、参考文献
1.张国玉,王得龙.基于光子晶体的激光器研究[J].强激光与粒子束,2007(08):947-952.
2.段建峰,高晨新,陈旭,等.光子晶体激光器和光放大器前沿研究进展[J].量子光学学报,2016,22(03):235-245.
3.许承杰,俞文静.光子晶体的制备及应用[J].化学进展,2018,30(11):1669-1686.