光束在體材料和周期性微結構材料中的傳播及應用研究.pdf

1、本論文從理論和實驗上對光束在體材料、光子帶隙材料和Metamaterials(MMs)中的傳播及應用進行了系統(tǒng)地分析和研究。我們分兩條主線撰寫，第一條主線是從體材料、光子帶隙材料到MMs材料角度發(fā)展；第二條主線是從Z掃描、光限制/全光開關到局域場增強和電磁諧振的應用角度發(fā)展；其中第四章光子帶隙材料的Z掃描及應用是這兩條主線的交點。主要研究內容包括：
　　 1.我們應用高斯分解法對由脈沖電場誘導的大非線性相移下的Z掃描進行了研究。

2、證明了高斯分解法仍然可以用來分析大非線性相移下的Z掃描理論，并且優(yōu)于其它方法。我們對入射激光分別為連續(xù)和脈沖情況下的大非線性相移Z掃描曲線的峰谷結構進行了比較，發(fā)現(xiàn)在大非線性相移的情況下，Z掃描曲線的峰和谷隨透過光闌或光強的變化表現(xiàn)出來某些新的特性。采用皮秒脈沖激光下的純二硫化碳實驗對理論分析加以驗證。
　　 2.基于測量三階非線性系數(shù)的Z掃描測量方法，我們提出了二階Z掃描的理論，討論了線性吸收系數(shù)對Z掃描曲線的影響。應用這種方

3、法，我們測量了在1064 nm下，5％MgO：LiNbO3的二階非線性系數(shù)d31=4.50×10-12 m/v，這一結果同先前用不同測量方法得到的結果符合得很好。
　　 3.我們提出了一種理想的一維非線性光子帶隙材料的Z掃描理論。分析了一維周期性非線性光子帶隙材料Z掃描曲線特征，結果表明只含非線性折射的一維非線性光子帶隙材料的Z掃描曲線與同時包含非線性折射和非線性吸收的體材料Z掃描曲線相似。同時，分析了光學增益和誘導吸收對開孔和

4、閉孔Z掃描曲線的影響。最后，我們還分析了具有缺陷的一維非線性光子帶隙材料Z掃描結果，在缺陷模頻率處，缺陷材料的非線性光學性質對Z掃描結果起決定作用。
　　 4.基于Pade近似和多步法，我們提出了一種無條件穩(wěn)定隱格式高階復包絡算法求解時間依靠的Maxwell方程。無條件穩(wěn)定和時間上高階精度可以同時達到。由于我們采用復包絡Maxwell方程，即使在相當大的時間步長下，數(shù)值色散和耗散都非常小。為了驗證這種無條件穩(wěn)定時域有限差分法的兼

5、容性，我們比較了提出算法同準確解的結果。
　　 5.應用時域有限差分法，我們研究了在光纖末端具有棋盤狀微結構的表面增強拉曼探測器。覆蓋在微結構光纖端面金屬上的表面等離子體可以被有效地激發(fā)，并且可以得到強烈的局域電場增強。對激發(fā)光偏振影響的研究表明，局域場增強因子對激發(fā)光偏振具有很強的依靠性，但是偏振效應對等離子體諧振波長幾乎沒有影響。
　　 6.我們提出了兩種由亞波長小孔構成的MMs周期性結構一單側雙孔MM和雙側雙孔MM