光子晶体的非线性光学特性研究new

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1、华中科技大学博士学位论文光子晶体的非线性光学特性研究姓名：邓开发申请学位级别：博士专业：材料物理与化学指导教师：是度芳20041115华中科技大学博士学位论文摘要1987年E.Yablonovitch和S.John提出介电常数呈周期性分布的材料可以改变在其中传播的光子的行为并称这种材料为光子晶体光子晶体的特点是具有光子带隙PBG在带隙中的光波是不能传播的并且能控制自发辐射产生光子局域这些特性决定了它具有广阔的应用前景从而成为世界研究领域的重要课题之一本论文就是针对光子晶体结构非线性光学特性及其应用展开深人研究本文介绍并研究了光子晶体的理论研究方

2、法传输矩阵法和时域有限差分法FDTD同时使用传输矩阵法时域有限差分法和格林函数法对光子晶体的透视谱和反射谱及非线性光学效应作了数值计算论文重点研究了光子晶体的非线性光学效应分别对一维光子晶体和二维光子晶体的谐波特性和双稳态特性作了研究并指出了其应用价值关于光子晶体的二次谐波的产生和增强理论分析和数值计算表明相位匹配条件满足的情况下光子晶体PBG中的二次谐波的产生的效率和增强会大大提高文章中我们重点分析了光子晶体的结构周期性介质折射率缺陷模等因数对二次谐波的增强的影响以及如何提高二次谐波的产生和增强作了理论的设计分析分析了二维金属Ag排列的光子晶

3、体的二次谐波产生和增强并用FDTD方法对二维缺陷光子晶体的二次谐波的产生和增强作了计算和模拟光子晶体的双稳态现象是光子晶体制作光限幅器和光开关的理论基础具体地通过对一维二维的各种不同结构的非线性光子晶体的双稳态特性作了理论分析和数值计算结果表明高和低折射率介质的周期数缺陷层的厚度入射光的频率等因数对双稳态阈值有着重要的影响具体表现为缺陷层中光场的增强和线宽的变窄增强了缺陷层中的非线性光学效应因而能更容易地产生双稳态现象从而降低其阈值周期数的增加和缺陷层厚度的增加也能降低双稳态阈值由于非线性光学效应随着光强的增强缺陷模将产生红移这就要求入射光场频

4、率相对于缺陷模首先有一个红移入射光场红移的大小要由阈值的大小和线宽决定阈值越小线宽越窄入射光场频率应更接近缺陷模综合考虑周期数缺陷层厚度红移的复杂关系以期得III华中科技大学博士学位论文到低阈值的双稳态特性这项研究对应用光子晶体的非线性光学特性制备新的光学器件提供理论依据和指导关健词光子晶体缺陷模FDTD方法传输矩阵法二次谐波双稳态IV华中科技大学博士学位论文AbstractIn1987E.YablonovitchandS.Johnpointedoutthatthebehaviorofphotonscanbechangedwhenpropaga

5、tinginthematerialwithperiodicallydistributeddielectricconstant,andtermedsuchmaterialphotoniccrystal.Asknown,photoniccrystalhasaphotonbandgap(PBG)structure,inwhichtheelectromagneticwaveisforbiddenforsomeopticalfrequencies.Moreover,ifcertainimpurityordefectisdopedinPBG,thephot

6、onsarelocalizedwithoutanyspontaneousemission.Suchfeatureshavebecomeatopicofintenseresearchandwouldfindpotentialapplicationsinmanyareassuchasopticalcommunications,informationstorage,andfull-opticalswitching.Inthisdissertation,wefocusourattentiononthestructureofphotoniccrystal

7、,anddiscussitsnonlinearopticalpropertiesanditspotentialapplications.First,westudyanddevelopthetransfermatrix,Green’sfunction,andfinitedifferentialtimedomain(FDTD)methods.Byusingthesetheoreticalmethods,wedemonstratenumericallythetransmissionandreflectionspectra,andtheothernon

8、linearopticaleffects,basedonthe1Dphotoniccrystaland1Dopticalsuperlatticemod