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《华中科技大学》 2004年
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光子晶体的非线性光学特性研究

邓开发  
【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
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB383.4

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘利;光子晶体光纤光栅的研究[D];华中科技大学;2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 黄晓琴,崔一平;掺杂非线性吸收介质的光子晶体的双稳态特性[J];光电子·激光;2003年01期
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3 刘青,李承芳,张翔;二维光子晶体带隙结构的研究[J];激光杂志;2002年02期
4 王辉,李永平;用特征矩阵法计算光子晶体的带隙结构[J];物理学报;2001年11期
5 李志远,顾本源,杨国桢;二维各向异性光子晶体完全带隙的增宽[J];物理;1999年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘启能;;一维光子晶体的偏振特性[J];半导体光电;2006年06期
2 刘启能;;杂质吸收对光子晶体缺陷模偏振态的影响[J];半导体光电;2007年06期
3 方云团;潘小霞;;一维光子晶体缺陷模局域场强的分布特征[J];半导体光电;2007年06期
4 于志明;周静;;窄带缺陷模在入射角缓慢变化中的变化规律[J];半导体光电;2008年06期
5 于志明;何兴道;;多腔薄膜梳状滤波器的偏振特性研究[J];半导体光电;2009年04期
6 刘启能;;金属银掺杂光子晶体的缺陷模[J];半导体光电;2009年05期
7 李文胜;付艳华;张琴;是度芳;;准分形结构光子晶体的滤波特性[J];半导体光电;2010年05期
8 于志明;王勇;;单腔薄膜梳状滤波器的特性研究[J];半导体光电;2012年01期
9 程阳;;基本周期对一维复周期光子晶体禁带的影响[J];半导体技术;2011年03期
10 白改艳;冯志芳;;镜像对称一维光子晶体带隙特征[J];北京化工大学学报(自然科学版);2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 杨晨;林伟华;南凡;黄行康;;基于Labview光强探测型表面等离激元共振液体折射率测量平台[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年
2 王利;王风丽;王占山;吴永刚;陈玲燕;;具有共振腔模式的一维光子晶体结构[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
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4 王利;王风丽;吴文娟;王洪昌;林小燕;王占山;吴永刚;陈玲燕;;具有共振腔模式的一维光子晶体结构[A];2004年光学仪器研讨会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李岩;光子晶体及其应用的数值模拟研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2004年
2 付云起;微波光子晶体及其应用研究[D];国防科学技术大学;2004年
3 郑奎松;FDTD网络并行计算及ADI-FDTD方法研究[D];西安电子科技大学;2005年
4 李明宇;基于薄膜技术的光子晶体理论与器件研究[D];浙江大学;2006年
5 蒋美萍;一维光子晶体的光子带隙、光学双稳态和相位共轭波[D];南京理工大学;2006年
6 高强;无源电磁周期结构及其应用研究[D];国防科学技术大学;2006年
7 谢应茂;无序介质激光机理的相关研究[D];南昌大学;2007年
8 李国俊;光子晶体中的负折射现象与磁光多层膜隔离器研究[D];中国科学技术大学;2007年
9 童凯;一维缺陷光子晶体及其温度特性的研究[D];燕山大学;2007年
10 刘靖;光子晶体量子阱谱结构和场分布的研究[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 白继博;新型二维光子晶体微环的研究及应用[D];福建师范大学;2010年
2 吴海华;二维光子晶体的应用研究[D];杭州师范大学;2010年
3 董广才;基于光子晶体辅助的锥形结构表面等离子体激元的研究[D];吉林大学;2011年
4 刘军;二维复式光子晶体带隙及V型波导传输特性[D];曲阜师范大学;2011年
5 赵永林;二维斜三角晶格及棋盘格子直波导光子晶体带隙研究[D];曲阜师范大学;2011年
6 龙芳;基于光子晶体慢光的全光缓存性能和动态调制研究[D];北京邮电大学;2011年
7 张璇;光子晶体波导特性与光信号保形传输分析[D];北京邮电大学;2011年
8 张印;Bragg带隙的研究及其二维光子晶格波导的光学特性的分析[D];内蒙古师范大学;2011年
9 陈晖;光子晶体在光码分多址中的应用研究[D];南京信息工程大学;2011年
10 李大海;缺陷态一维光子晶体液体传感器及Fibonacci准晶光子晶体的研究[D];郑州大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈超;周桂耀;苑金辉;米艳;;光子晶体光纤研究进展[J];燕山大学学报;2008年02期
2 刘兆伦,刘建民,马彪,倪正华,侯蓝田,刘晓东;光子晶体光纤的制备和应用进展[J];大连民族学院学报;2005年01期
3 姚培军,明海;光子晶体光纤[J];光电子技术与信息;2002年06期
4 李志全;田秀仙;朱丹丹;季海焦;杨志强;;光子晶体理论应用于取样光纤光栅的研究[J];光学技术;2008年05期
5 曾志伟;黄红斌;陈舜儿;刘伟平;;光子晶体光纤光栅的研究与应用[J];光纤与电缆及其应用技术;2008年06期
6 金发宏,董孝义,刘志国,盛秋琴;光纤布喇格光栅的理论分析[J];光子学报;1996年09期
7 涂勤昌,张伟刚,金龙,开桂云,袁树忠,董孝义;光子晶体光纤光栅制备方法最新进展[J];激光与光电子学进展;2005年04期
8 李燕;刘建国;开桂云;薛力芳;刘艳格;王志;董孝义;;光子晶体光纤光栅模式截止与高阶模的谐振条件[J];激光与红外;2007年02期
9 蒋美萍,江兴方,沈小明,王旭东,是度芳,陈光;一维光子晶体的偏振特性研究[J];量子电子学报;2005年04期
10 李曙光,刘晓东,侯蓝田;光子晶体光纤的导波模式与色散特性[J];物理学报;2003年11期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 贾宏志;光纤光栅传感器的理论和技术研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
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3 谢荣国;光子晶体用结构基元的制备、自组装与性能[D];浙江大学;2006年
4 张春书;光子晶体光纤填充和光子晶体光纤光栅的研究[D];南开大学;2006年
5 冯传胜;光子晶体中复能带结构的研究[D];山东大学;2007年
6 王东栋;光子晶体理论、制备及其光学特性研究[D];北京交通大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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2 陈慰宗,申影,忽满利,卜涛,刘军;一维光子晶体的基本周期结构及其禁带特征[J];光子学报;2001年12期
【相似文献】
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1 武继江;;一种缓变结构一维光子晶体的缺陷模研究[J];激光与红外;2009年03期
2 黄永清;;含单负材料的光子晶体的缺陷模和透射谱[J];江西科学;2009年06期
3 武继江;;一种准周期结构一维光子晶体的缺陷模研究[J];半导体光电;2009年04期
4 武继江;;厚度递变结构一维光子晶体的缺陷模研究[J];山东理工大学学报(自然科学版);2009年04期
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6 苏安;李现基;;实现多种通道滤波功能的一维光子晶体缺陷模[J];激光与红外;2010年05期
7 武继江;高金霞;;准周期结构一维光子晶体的缺陷模研究[J];量子电子学报;2009年03期
8 李文胜;付艳华;张琴;是度芳;;含双缺陷光子晶体的缺陷模特性及应用[J];激光与红外;2010年04期
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10 许刚;;一维光子晶体本征模频率[J];西南师范大学学报(自然科学版);2006年01期
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1 梁文耀;;光子晶体透射相位特性在光开关和光逻辑门中的应用[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
2 王明;袁纵横;;一种光子晶体压力传感器的理论研究与仿真[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(二)[C];2007年
3 何赛灵;;光子晶体及其应用[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
4 宋恺;丁涛;佟振合;;新型对称性胶体光子晶体[A];中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C];2012年
5 张登国;;二维磁性光子晶体光环行器分析[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
6 王科;郑婉华;张冶金;任刚;杜晓宇;邢名欣;陈良惠;;光子晶体垂直腔面发射激光器的模式分析[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
7 豆义波;韩景宾;卫敏;段雪;;水滑石/二氧化钛光子晶体薄膜的制备及传感器性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
8 张慧慧;申华军;周静涛;刘新宇;;基于自准直特性的硅基光子晶体的应用研究(英文)[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(下册)[C];2009年
9 宁鼎;;光子晶体光纤[A];中国电子学会第十三届电子元件学术年会论文集[C];2004年
10 许震宇;;光子晶体压力传感器在风压测量中的应用[A];首届全国航空航天领域中的力学问题学术研讨会论文集(上册)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 贾正根;光子晶体学俏然崛起[N];中国电子报;2001年
2 吴铭;科学家获得光子晶体纳米结构[N];中国石油报;2003年
3 陈丹;科学家获得光子晶体纳米结构[N];科技日报;2003年
4 张孟军;攀登光子晶体高峰的人[N];科技日报;2004年
5 杨健;中科院取得光子晶体理论创新[N];人民日报;2003年
6 记者 谌达军 通讯员 郑林 王佳;魏南酋蜜发布朽业毒邪颁警报警[N];长江日报;2008年
7 记者 任海军;德研发“隐形斗篷”,效果令人激动[N];新华每日电讯;2010年
8 清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室副主任 周济;电子元件走进集成时代[N];中国电子报;2003年
9 ;乐游学海的研究者[N];绍兴日报;2010年
10 ;硅以后的生活[N];科技日报;2002年
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1 邓开发;光子晶体的非线性光学特性研究[D];华中科技大学;2004年
2 任琳;金属纳米壳层光子晶体的制备及其对热辐射的调控[D];吉林大学;2010年
3 李秀杰;二维三角晶格光子晶体的光学特性及应用研究[D];太原理工大学;2010年
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6 吴语茂;计算光子晶体和衍射光栅折射和反射谱的几种新方法[D];中国科学技术大学;2010年
7 罗丹;光子晶体中的超透镜和超弯曲效应研究[D];天津大学;2010年
8 李胜;光子晶体和电磁超颖材料在太赫兹频段的应用研究[D];电子科技大学;2010年
9 陈海滨;光子晶体波导型器件及其在太赫兹技术中的应用[D];浙江大学;2009年
10 侯金;硅基光子晶体带隙特性与波导研究[D];华中科技大学;2011年
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1 张芬;光子晶体负折射特性及其应用的研究[D];电子科技大学;2010年
2 孙静;二维光子晶体特性及应用研究[D];江苏大学;2010年
3 张巾;光子晶体太赫兹波导的理论研究与仿真分析[D];西安电子科技大学;2011年
4 王自霞;激光全息光刻制作一维层状光子晶体及其激射研究[D];青岛科技大学;2010年
5 孙庆安;二维光子晶体SCISSOR结构中的慢光[D];华东师范大学;2010年
6 梅洛勤;用传输矩阵法(TMM)研究光子晶体的传输特性[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
7 郭强;光子晶体带隙结构及非线性特性研究[D];电子科技大学;2008年
8 张勇勇;含磺酸基凝胶光子晶体在分析中的应用[D];天津大学;2010年
9 王雷雷;光子晶体谐振腔的研究设计[D];电子科技大学;2011年
10 江慧;光放大用二维光子晶体及其波导的理论研究[D];大连理工大学;2010年
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