磁性物质金属结构线性及非线性光学效应理论研究

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1、工学博士学位论文磁性物质/金属结构线性及非线性光学效应理论研究哈尔滨理工大学2015年6月国内图书分类号：TM215.92工学博士学位论文磁性物质/金属结构线性及非线性光学效应理论研究博士研究生：梁红导师：王选章申请学位级别：工学博士学科、专业：电介质工程所在单位：电气与电子工程学院答辩日期：2015年06月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TM215.92DissertationfortheDoctorDegreeinEngineeringTheoreticalStudyo

2、fLinearandNonlinearOpticalEffectofMagneticmatter/MetalSystemCandidate：LiangHongSupervisor：WangXuanzhangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：DielectricEngineeringDateofOralExamination：June,2015University：HarbinUniversityofScienceandTechn

3、ology哈尔滨理工太学博女学位论文原创性声明本人郑重声明；此处所提交的博±学位论文《磁性物质／金属结构线性及非线性光学效应理论研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读博±学位期间独立进行研巧工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写妊的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，巧己在文中Ｗ明确方式法明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：曰期：：２＾／Ｊ年《月＾曰哈尔滨理工大擎博±学位论文使用授权书《磁性物质／金属结

4、构线性及非线性光学效应理论研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读博ｉ学位期间在导师指导下完成的博±学位论文。本论文的研究，本论文的研究内容不得成果归哈尔滨理工大学所有［＾其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部口提交论文巧电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可Ｗ公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密巧。（请在Ｗ上相

5、应方框内打７）作者签名：又日期；兴＾年／＾月刀＾日导师签名；日期；一＾／Ｊ年＾月２日（＾磁性物质/金属结构线性及非线性光学效应理论研究摘要磁性物质的线性及非线性效应来源于磁性物质对磁场的响应。对磁性物质的线性及非线性研究可以从其动力学磁化入手，求出其线性及非线性磁化率，找出其共振频率区间，并在此基础上进一步研究磁性物质的线性及非线性效应。铁磁性物质的共振区间处于微波频段，可以用来加工微波器件，典型的反铁磁材料的共振频率处于THz区间，可以用来加工THz信号。一般情况下反铁磁体的非线性效应

6、比较弱，激发其非线性效应需要入射光具有很高的光强，现有的光源很难实现，因此，在现有光源的基础上设法提高磁性体系线性及非线性效应是一项很有意义的课题。目前，二次谐波技术及和频与差频技术是实现频率上转换和下转换的方法，也是产生新光源的常用手段。本文初步建立了反铁磁体和频及差频的二阶非线性理论，构造了磁性物质/金属结构，从理论上研究了法拉第旋光效应、克尔效应等线性磁光效应及和频生成、差频生成等二阶非线性光学效应，探索了可以提高线性效应及增强反铁磁膜和频与差频转换效率的方法。本文所研究的反铁磁非线性效应基于反

7、铁磁磁矩和电磁波间的偶极相互作用而非传统非线性光学理论的非线性极化。主要研究方法、过程及结果如下：1．计算了反铁磁体非线性二阶和频及差频磁化率。选取了一种典型的双子格反铁磁结构模型，在课题组前期工作的基础上，首次计算了有外场且两束电磁波倾斜入射时，反铁磁二阶和频及差频非线性磁化率。得到了显函数形式的有外场存在时反铁磁体二阶非线性和频及差频磁化率的表达式，为进一步研究反铁磁体系非线性现象奠定了理论基础。2．详细地讨论了由铁磁性材料/金属构成的一维及二维光子晶体结构的磁光效应。铁磁材料为铋铁石榴石（BIG

8、），金属为相对吸收系数较小的贵金属银（Ag）。在BIG/Ag一维磁光子晶体结构中，主要研究了法拉第效应。研究结果表明法拉第旋转角最高达到单层BIG的356倍左右。其次，较大法拉第旋转角与较高透射率两者重合的区域很窄。基于法拉第效应的研-I-究结果，进一步设计了由BIG/Ag组成的二维磁光子晶体结构。在这一结构中，法拉第效应改善得不很明显，因而利用传输矩阵的方法求解了克尔旋转角，发现最大克尔旋转角被提高了3个数量级。3．研究了给定输入强度的情况下，提高反铁