非線性光子晶體中三次諧波產(chǎn)生及增強(qiáng)研究.pdf

1、近些年來(lái)，非線性光學(xué)效應(yīng)在許多現(xiàn)代光學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，例如激光頻率轉(zhuǎn)換、全光開(kāi)關(guān)、全光信號(hào)處理、激光通信和光學(xué)濾波器等。對(duì)于常規(guī)介質(zhì)而言，其非線性特性完全由其固有屬性決定，幾乎不受人為的控制，難以達(dá)到應(yīng)用要求。基于這個(gè)原因，在實(shí)際應(yīng)用中總是迫切需要發(fā)掘出能夠展現(xiàn)具有較大非線性系數(shù)且光學(xué)特性可調(diào)的非線性光學(xué)材料。研究表明，光子晶體、超材料等人工微結(jié)構(gòu)的線性和非線性光學(xué)特性都可以從微觀結(jié)構(gòu)和材料屬性兩個(gè)方面靈活地進(jìn)行調(diào)控，有望

2、為改善和拓展光學(xué)非線性效應(yīng)的應(yīng)用提供全新的技術(shù)途徑。
　　本文以含克爾非線性介質(zhì)的二維光子晶體為對(duì)象，從等效非線性折射率系數(shù)的角度研究其調(diào)控非線性效應(yīng)的基本原理，進(jìn)而探索非線性光子晶體中三次諧波的增強(qiáng)。具體而言，本文綜述了研究背景、意義和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及相關(guān)理論，所涉及的主要工作以及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　第一，從理論估算和仿真提取兩方面研究了二維正方格光子晶體TE模的等效非線性折射率系數(shù)。從光子晶體元胞內(nèi)的電場(chǎng)空間平均和磁場(chǎng)空間

3、平均兩方面分別引入場(chǎng)局域因子來(lái)修正傳統(tǒng)等效介質(zhì)理論，發(fā)現(xiàn)利用電場(chǎng)空間平均法得到的等效線性折射率與平面波展開(kāi)法獲得的結(jié)果吻合得非常好！此外，與TM模不同的是，TE模的電場(chǎng)主要聚集在低折射率介質(zhì)中。再引入慢光增強(qiáng)因子進(jìn)一步修正得到該光子晶體的等效非線性折射率系數(shù)，該理論結(jié)果與時(shí)域有限差分法仿真提取得到的結(jié)果吻合得較好。
　　第二，理論推導(dǎo)了超材料中平面波的三次諧波表達(dá)式，分析了位相匹配和不匹配情況下的三次諧波強(qiáng)度隨傳輸距離的變化特征，