基于周期性疇反轉(zhuǎn)鐵電晶體的慢光研究及應(yīng)用探索.pdf

1、慢光，即減慢光的傳播速度，使其以遠低于真空中光速的群速度傳輸。因其在全光信號處理、信息存儲、非線性效應(yīng)增強、探測靈敏度增強、量子信息操作、相控陣雷達波束控制等方面的應(yīng)用前景而受到越來越多的關(guān)注。出于實用的目的，對于室溫固體中的慢光的研究更是其中的重點。本文基于周期性疇反轉(zhuǎn)鐵電晶體特有的光學特性，通過不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對幾種光波耦合過程中產(chǎn)生的慢光現(xiàn)象進行了理論和實驗兩方面的研究。主要內(nèi)容有：
　　 周期性疇反轉(zhuǎn)鐵電晶體的光學特性，

2、尤其是其二階非線性光學效應(yīng)是本課題的理論基礎(chǔ)。本文介紹了典型的周期性疇反轉(zhuǎn)鐵電晶體--周期性極化鈮酸鋰晶體及其波導結(jié)構(gòu)。從基于該人工晶體實現(xiàn)的準位相匹配技術(shù)出發(fā)，推導了在該非線性晶體中的二階非線性耦合波方程。闡述了鈮酸鋰晶體的線性電光效應(yīng)，并詳細討論了不同外加電場配置下晶體的光學響應(yīng)。
　　 觀察到了二階級聯(lián)非線性過程中的群速度調(diào)制現(xiàn)象。推導出了描述該過程的耦合波方程。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，對于超短脈沖而言，在基頻脈沖與倍頻脈沖群速

3、度失配條件下，基頻脈沖會被倍頻光所“拉拽”，從而影響其群速度。通過分析群速度失配量、位相失配量、入射脈寬、入射光強度等參數(shù)對群速度的影響，我們提出了通過引入外加光場或電場的方式改變晶體內(nèi)原有的光波能量耦合過程，得到了遠超入射脈寬的延遲量及超寬的可延遲波長帶寬，從而實現(xiàn)可控的超短脈沖孤子態(tài)的快慢光傳輸。
　　 介紹了光子晶體對于光子的操控作用，以及電磁波在周期性層狀介質(zhì)中的耦合模理論。在此基礎(chǔ)上，利用周期性疇反轉(zhuǎn)晶體鐵電疇電光系數(shù)

4、的周期性反轉(zhuǎn)特性及其線性電光效應(yīng)，提出了一種電光光子晶體的設(shè)計方案。根據(jù)理論分析及實驗結(jié)果，證實了可以通過改變施加在該晶體上的橫向電壓，有效地控制不同波長入射光的群速度。
　　 介紹了慢光在各個領(lǐng)域尤其是在提高非線性相互作用方面的應(yīng)用。提出了利用上述電光光子晶體慢光方案使入射光在空間上壓縮，增大其能量密度，從而實現(xiàn)非線性頻率轉(zhuǎn)換效率的增強與實時控制的實驗方案，并對其進行了理論分析和實驗研究。同時，提出了基于鈦擴散波導結(jié)構(gòu)以及其他