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多光子加工技术已经成为光子晶体结构制备的最重要工具之一,这一技术的出现使人们可以随心所欲的制作任意三维结构,因此,具有特殊功能的复杂三维光子晶体结构有可能被设计并实现制备。但是,对结构的高精度逐点扫描必然伴随着曝光点数量的剧增,尤其对复杂结构制备时,结构制备速度还会受到仪器响应时间的限制,因而需要耗费大量的时间。因此,提高加工效率与加工分辨率是多光子加工技术中需要改善的主要技术问题。此外,多光子加工直接制备的高分子聚合物材料的光子晶体结构,由于聚合物材料与空气间折射率差较小,除了提高材料本身折射率或制作其反结构外,无法满足完全带隙结构的要求。借助多光子加工技术及强大的3D制图软件,光子晶体结构多样化设计为聚合物光子晶体中的新物理现象的开发提供了新的突破口。同时,光子晶体能带中存在的反常光折射现象如负折射、超棱镜、自准直等效应已经被发现,如何通过光子晶体结构的多样化设计达到对这些特异光折射现象的利用,从而获得如平板透镜、隐身衣及超宽带慢光等功能结构是非常有意义的。
本论文将建立一套多光子加工系统,并利用多光子加工技术制备三维复杂周期渐变的聚合物光子晶体结构；研究这种结构中存在的特异光谱现象,为光子晶体中特异光折射现象的应用提供理论与技术基础。
论文由六章组成,各章具体内容如下:
第一章:本章综述了光子晶体结构设计及其常用的制备技术；重点阐述多光子加工技术及其在各种光子晶体制备中的应用；同时介绍复合周期光子晶体结构的研究现状及其对特异的光传输行为的控制潜力；最后提出本论文研究目的及意义。
第二章:本章建立了一套高速多光子聚合微纳加工系统,通过采用二维振镜与一维压电微移动台相结合,并利用跳跃和扫描协同的运动模式,以逐段扫描方式进行复杂三维结构扫描,从而提高系统对复杂结构的制备速度。同时研究了多光子聚合加工中的空间线宽分辨率及其长径比参数。
第三章:提出一种多光束多光子并行加工方法,利用衍射元件将一束激光分为九束,并通过光路中各光学元件的配置、物镜及掩模孔实现多光束各焦点间距、数量的可调控制。该并行加工方法实现了包括咬合齿轮组及光子晶体组合在内的各种二维结构及三维结构的高速高分辨率加工。
第四章:设计并利用多光子加工技术制备出一种周期渐变椭球棒金刚石结构光子晶体,并通过透射及反射谱测量及时域有限差分方法解析这种周期渐变的准金刚石结构的带隙展宽机理；最后提出一种可实现禁带展宽效应的最佳周期渐变参数递推方法。
第五章:设计并利用多光子加工技术制备一种由手性结构组成的周期渐变光子晶体结构,光谱测量及仿真分析了该类结构中特异光谱现象形成的机理；分析光子晶体能带等频面变形的因为,指出通过结构周期渐变参数的设计可实现不同方向的光束弯曲控制。
第六章:总结博士研究期间取得的研究结果及本领域研究中存在的问题及可能的发展方向。