硕士学位论文：非线性光学双稳态的研究

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1、工业学院硕士学位论文 非线性光学双稳态的研究 研究生指导教师学科、专业名称凝聚态物理研究方向光子晶体的双稳态现象 2010年5月39摘要1987年Yablonovitch和John各自独立独立的提出了光子晶体的概念，它是由传统的晶体概念类比而来的。光子晶体具有和传统晶体相似的特性，表现出光子禁带特性以及光局域特性，处于光禁带中的光不能在光子晶体中传播。在光子晶体中引入点缺陷，可形成光子微腔，进一步利用这些缺陷以及它们的组合可形成多种新型光子器件。对光子晶体缺陷模的研究对新型光子器件的设计、制造有重要指导意义。本文主要研究光在一维色散型光子晶体中的传输

2、特性，缺陷层是具有Kerr效应的非线性介质。利用非线性介质传输理论，研究了光子晶体微腔的双稳态行为，特别是研究当光斜入射时，入射角和偏振态对系统光学双稳态的影响。研究了光子晶体微腔的透射特性，并由此得到腔模随入射角的变化规律。研究表明随入射角的增大，TE、TM模的腔模均向高频方向移动，移动规律近乎一致；但是TE腔模的线宽逐渐减小，而TM腔模的线宽则逐渐增大。研究了不同偏振的腔模在光子晶体中的电场分布，随着入射角的增大，TE腔模在微腔中的电场振幅逐渐增大，而TM腔模则逐渐减小。在垂直入射情况下，要产生双稳态必须事先预置一定的红移量（蓝移量）。在斜入射情

3、况下产生双稳态现象的入射光频率临界值与入射角有关，随着入射角的增大而增大，入射光频率偏离临界频率越大，双稳态越明显。随着入射光频率的增大，要产生双稳态的临界入射角也在增大。对于不同偏振态的入射光，随着入射角的增大，TE模的临界开关阈值越来越小，即产生双稳态时所需的入射光强将越来越小；而TM模则相反，随着入射角的增大，临界开关阈值大幅度上升，产生双稳态时需要的入射光强将越来越强。对于不同入射强度的入射光。。。。。。。。对于聚焦型Kerr介质，能出现双稳态的频率和角度取值应小于其相应的临界频率和临界入射角，入射角的增大使系统更容易产生双稳态现象；但是对于

4、散焦型Kerr介质，能出现双稳态的频率和角度取值则应该大于其相应的临界频率和临界入射角，入射角的增大反而会抑制系统双稳态的出现。绘制了临界频率—临界入射角曲线。研究表明，要使双稳态的开关阈值越小，应用TE模大角度入射，且入射光的频率和入射角度取值要接近临界值曲线。关键词：一维光子晶体；非线性光学；光学双稳态；传输矩阵；光子禁带39ABSTRACTIn1987YablonovitchandJohn,respectivelyandindependtly,proposedthenotionofphotoniccrystals,whichisananalog

5、ytotheconventionalcreystals.Photoniccrystalshavesimilarcharacteristicswithconventionalcreystals.Anditsprincipalpropertiesarephotonicbandgapandphotoniclocalization，thelightintheopticalbandgapcannottransmitinphotoniccrystals.Introducingpointdefectsinphotoniccrystalscanformaphoton

6、icmicro-cavity,andfurtheruseofthesedefectsandtheircombinationscanformavarietyofnewphotonicdevices.Photoniccrystaldefectmodeforthestudyofnewtypesofphotonicdevicesdesignandmanufacturehaveimportantguidingsignificance.Inthispaper,westudythetransmissionpropertyofone-dimensionaldispe

7、rsivephotoniccrystal,withanonlinearKerrmediumdefectlayer.Basedonthenonlineartransfertheories,opticalbistabilitybehaviorofnonlinearmicrocavityisinvestigated,particularlystudytheinfluenceoftheincidentangleandpolarizationonopticalbistabilityofthesystemattheobliqueincidenceoflight.

8、Thepropagatingcharacteristicsofthephotoniccrystalmicro