光子晶體THz器件及光子晶體光纖超連續(xù)譜產(chǎn)生的研究.pdf

1、光子晶體是具有頻率帶隙的周期介電材料，自20世紀(jì)80年代光子晶體的概念提出以來一直受到廣泛的關(guān)注。在光子晶體中各種缺陷的引入也為光子晶體的應(yīng)用和發(fā)展提供了廣闊的前景。特別是在太赫茲科學(xué)及技術(shù)這一新興的前沿學(xué)科領(lǐng)域，光子晶體靈活控制電磁波傳輸?shù)哪芰κ怪妒荜P(guān)注。本文結(jié)合理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)近紅外波段光子晶體光纖(PCF)中超連續(xù)譜的產(chǎn)生、THz波在光子晶體中的傳輸特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。利用液晶材料的雙折射效應(yīng)，探索和分析了用光子晶體實(shí)現(xiàn)

2、THz功能器件的有效技術(shù)途徑。論文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：
　　 1、為了將超連續(xù)譜應(yīng)用于相干反斯托克斯拉曼散射共焦成像系統(tǒng)，我們在理論和實(shí)驗(yàn)上分析和研究了飛秒激光脈沖與PCF相互作用的多種非線性效應(yīng)。利用分步傅立葉法對(duì)廣義的非線性薛定諤方程進(jìn)行了數(shù)值求解，在考慮高階色散和非線性效應(yīng)的情況下，對(duì)飛秒激光脈沖在PCF中的傳輸特性進(jìn)行了模擬分析。研究了高階色散、自陡峭、脈沖內(nèi)拉曼散射效應(yīng)對(duì)PCF中超短脈沖的傳輸以及最后

3、超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響。并在實(shí)驗(yàn)上分析了外界條件如入射激光的功率和中心波長對(duì)超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響。
　　 2、利用有限元法分析了在空芯PCF纖芯中填充二硫化碳、三氯甲烷、甲苯等高非線性液體后PCF的傳輸特性、模式及色散特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了在液芯高非線性PCF中超連續(xù)譜產(chǎn)生的過程及特點(diǎn)。研究結(jié)果表明，該類PCF的零色散波長可在800nm左右調(diào)節(jié)，因此中心波長為800nm的鈦藍(lán)寶石飛秒激光可以在較短的距離(幾個(gè)毫米)和較小的能量下

4、產(chǎn)生比較平坦的超連續(xù)譜。
　　 3、理論分析了THz波段填充液晶的光子晶體波導(dǎo)在磁場調(diào)控下的傳輸特性，在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于二維光子晶體波導(dǎo)的THz多功能器件的設(shè)計(jì)方案。利用平面波展開法和時(shí)域有限差分法對(duì)這種液晶調(diào)諧的THz光子晶體開關(guān)和濾波器的帶隙結(jié)構(gòu)、磁場控制下帶隙的變化特點(diǎn)以及傳輸特性等進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。結(jié)果表明：在磁場控制的液晶雙折射作用下，該結(jié)構(gòu)的光子晶體波導(dǎo)同時(shí)具有開關(guān)和可調(diào)諧濾波的功能。
　　 4、提出

5、了一種基于布拉格光纖的高消光比THz開關(guān)結(jié)構(gòu)。通過在包層中采用高阻硅和向列相液晶E7構(gòu)成的周期性一維光子晶體結(jié)構(gòu)，并施加外加磁場來控制液晶的取向，實(shí)現(xiàn)了對(duì)THz波的開關(guān)控制功能。數(shù)值模擬結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)的太赫茲開關(guān)消光比可達(dá)39.93dB。
　　 5、通過分析二維正方形光子晶體中點(diǎn)缺陷和線缺陷的缺陷模特性以及缺陷模之間的耦合特性，提出了一種基于電場控制的液晶雙折射THz可調(diào)諧窄帶濾波器。此濾波器可實(shí)現(xiàn)中心頻率從0.94THz到0.