动态位相调制光子共振耦合结构的频率特性研究

作     者：褚培新 

作者单位：西南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：易早

授予年度：2021年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：共振耦合 动态调制 Fano共振 电磁诱导透明 频率转换 

摘      要：近年来光与物质相互作用正成为微纳光学中的热门研究,研究范围不仅仅在探索光与物质相互作用的成因上,也包含光通信,光学器件的设计以及集成等应用层面。在微纳光子结构中的光学共振与耦合现象是非常普通但又很重要的光学现象,通过光学结构中的共振与耦合效应,不仅可以裁剪结构的光谱响应,同时也能带来许多新奇的光学现象。一般来说,电磁模式的共振耦合效应主要由结构的几何参数决定。当结构参数确定后,结构的电磁性能也被固定。如果在结构中引入动态调制元件,不仅可以增加结构性能的可调谐性,还可以产生新的光学应用。基于亚波长光子结构中的共振耦合现象,本文进行了以下研究:（1）金属波导-微腔中电磁诱导透明现象研究在金属波导中设计出开口狭缝连接的金属微腔结构,消除了微腔与波导间的距离限制。利用波导与金属微腔中表面等离激元模式间的直接耦合,观察到结构透射光谱中存在电磁诱导透明现象。利用时域耦合模理论分析腔内模式耦合的动力学过程,从而解释结构中电磁诱导透明现象的产生机理,讨论了狭缝宽度以及位置变化对结构透明窗口的影响。（2）电介质波导脊结构中Fano反共振现象研究在电介质双脊结构中,利用波导脊内共振模式间的间接耦合,观察到结构光谱响应的Fano共振与Fano反共振现象。利用时域耦合模方程与Fano公式联合推导出Fano参数,理解了光谱中出现的两种由Fano反共振现象造成的透射抑制情况。当两个电介质脊设置为相同的宽度,可以观察到结构中会因为Fano反共振的存在而引起的连续谱中的局域态,使得结构共振Q值大大增加。（3）基于动态相位调制下多层膜共振耦合结构中频率转换研究设计了一种多层膜结构,结构中支持两个共振耦合模式。在结构中对电介质引入动态相位调制,并通过改变外部调制相位使共振模式间形成相位差,观察到反射谐波中基频的左右边带会随着相位的改变而发生改变,形成基于调制相位变化的非对称频率转换。利用时域耦合模理论,建立了三模耦合模型对非对称频率转换的产生机制进行了解释。