一维金属膜-磁光光子晶体非互易性Tamm态研究

作     者：袁光耀 

作者单位：南京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余观夏

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：光子晶体 非互易性 时空对称性 增益/耗散因子 

摘      要：对光波的调控是现代光学的核心目标之一,也是目前先进的集成芯片制造、量子光学通信和军事国防领域的基础。具有非互易性特点的单向传输更是在光信息传输和存储中有重要的意义。本论文从传统一维光子晶体的能带特性出发,巧妙的将金属层与一维磁光光子晶体相结合,研究了复合光子晶体出现的新奇传输特性以及光场调控的潜在应用,主要研究内容如下:首先从磁光材料电磁参数的色散特性出发,基于经典传输矩阵理论,对TM波在磁光材料中的传输矩阵进行推导。并且根据Bloch周期性边界条件,推导了金属与周期结构界面存在表面波的条件。此外,设计了一种一维三元周期性结构,并对其能带特性进行研究,探讨了入射光角度、周期数、介质层厚度、磁光层厚度对一维光子晶体能带的影响,通过数值计算优化了结构参数。在磁光光子晶体的最右侧引入金属层,以此来激发形成光学Tamm态,并且由于磁性材料打破时间反演对称性,从而实现了禁带中的非互易性传输的表面波。基于上一部分研究了单侧的一维周期性结构,在金属层另一侧放置磁化方向相反的光子晶体实现对称结构,该设计使得带隙中出现了两对单向传输通道。在此基础上,通过改变入射光角度等几何参数验证了该非互易性表面态的鲁棒性与稳定性。该设计在未来光学集成元件如光二极管、滤波器和光隔离器的设计中具有广阔应用前景。最后,通过馈入泵浦光,在此双侧对称的一维多层结构中引入增益/耗散因子,实现了超强透射效应,并讨论了不同参数对超强透射的影响。基于PT对称理论,对单侧磁光参数进行调控,使得超常的非互易传输可以在很小的增益/耗散因子下实现,弥补实验上较大的增益/损耗因子难以引入的缺点,从而为非厄米非互易光学器件中的设计提供了新的思路。