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二维光子晶体线缺陷波导慢光抽运增强光参量增益

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科学通报 2009年第13期54卷 1401-1404页

作者：刘洋姜淳上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

推导了非线性光子晶体线缺陷波导中抽运光群速度与光参量放大增益的理论模型.理论结果表明,慢光抽运可以增强光参量放大效应.为获得相同的增益,当波导长度不变时,慢光波导所需的抽运光功率可以减少为普通波导的(vgn/c)2;当抽运光功率不... 详细信息

推导了非线性光子晶体线缺陷波导中抽运光群速度与光参量放大增益的理论模型.理论结果表明,慢光抽运可以增强光参量放大效应.为获得相同的增益,当波导长度不变时,慢光波导所需的抽运光功率可以减少为普通波导的(vgn/c)2;当抽运光功率不变时,慢光波导所需的长度可以减少为普通波导的(vgn/c)2,其中n为普通波导的材料折射率,vg为慢光波导的群速度,c为真空中的光速.数值计算结果验证了我们的理论预测.

关键词：非线性光子晶体慢光四波混频有限差分时域

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光子晶体中Berry相的研究

光子晶体中Berry相的研究

作者：李传寅杭州师范大学

学位级别：硕士

波函数几何相位是量子理论中一个普遍存在的重要概念,深刻的反应了量子系统的整体性质,它的研究已涉及到波普学和光学,原子分子物理,凝聚态物理,量子场论和其他等物理领域。由于波函数几何相位可以在不同的物理背景中被研究,又由于光子... 详细信息

波函数几何相位是量子理论中一个普遍存在的重要概念,深刻的反应了量子系统的整体性质,它的研究已涉及到波普学和光学,原子分子物理,凝聚态物理,量子场论和其他等物理领域。由于波函数几何相位可以在不同的物理背景中被研究,又由于光子晶体不仅具有理论价值和实验价值,于是文章选择了光子晶体中的Berry相作为研究课题。第一部分,文章通过把光子所遵从的麦克斯韦方程组转化成薛定谔方程的形式,证明了光子晶体与一般的周期性晶格一样具有能带结构,让我们对光子晶体有一清晰的物理认识。光子晶体虽然与一般晶体存在很相似之处,但光子晶体有其独特的物理现象存在。第二部分,我们主要把Berry相的由来进行详细的推导,并衍生出Berry矢势和Berry曲率等概念,并证明了Berry曲率是度规不变量。第三部分,我们知道,当一个哈密顿量系统是随着某参数呈周期性变化的,其瞬时本征波函数在经历一个周期后将会产生一个Berry相因子。光子晶体中的哈密顿量系统一般随动量空间是作周期性变化的,所以其波函数在经历一个周期后有一个关于k参量的Berry相因子。在这一部分中,我们对线性光子晶体Berry相进行了深刻的研究。在单粒子模型中,我们得到了关于k空间的Berry相因子,这个相因子的表达式类似于Zak相因子的表达式。在双粒子模型中,我们也得到了Berry相因子的表达式,这个表达式类似于电子在周期性磁场的旋转时,波函数经历一个周期后的相因子表达式。第四部分,我们研究了非线性光子晶体中的Berry相,得到的结果与线性光子晶体中的Berry相是截然不同。

关键词： Berry相线性光子晶体非线性光子晶体

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光子晶体缺陷的特性研究及其器件应用

光子晶体缺陷的特性研究及其器件应用

作者：赵年顺汕头大学

学位级别：硕士

本论文拟通过理论分析和数值模拟方法来分析光子晶体（PC）缺陷的性质和应用。首先，我们通过数值模拟方法观察线性光子晶体缺陷的透射谱，并且分析了缺陷模的位置随缺陷尺寸大小的变化规律，我们发现通过改变缺陷尺寸的大小... 详细信息

本论文拟通过理论分析和数值模拟方法来分析光子晶体（PC）缺陷的性质和应用。首先，我们通过数值模拟方法观察线性光子晶体缺陷的透射谱，并且分析了缺陷模的位置随缺陷尺寸大小的变化规律，我们发现通过改变缺陷尺寸的大小，缺陷模的位置可以在禁带中任意被调节，最后通过耦合模拟论分析了缺陷模的系列特性。其次，我们基于有限时域差分法的泵浦探测技术对非线性光子晶体缺陷的动力学特性展开数值模拟计算。我们发现，在外界光源的激励下（在此为连续波CW），光子晶体的缺陷模将会在其线性状态的初始位置和移动的最终位置中间来回和谐的振荡，缺陷模移动的最终位置取决于入射光源的强度。因此，数值模拟所观察到的非线性缺陷模透射谱实际上是透射率在一个振荡周期内的透射动态平均值，紧接着我们建立了一个物理模型分析了缺陷模的动态移动过程，利用物理方法对缺陷模的平均透射率进行求解，发现所求得的结果与数值模拟观察的结果比较吻合，最后我们研究了引入非线性的光子晶体缺陷的非对称单向透射行为，然后基于所研究的性质构建全光二极管，所设计的全光二极管虽然存在了单向透射行为，但是其透射率不大、对比度不高，如何提高光二极管的对比度成为我们研究的重点。最后，通过有限时域差分的数值模拟方法，我们研究了由光子晶体非线性缺陷对耦合的PC分子的单向透射行为，研究重点集中于如何提高所制备的光二极管最大透射率和对比度。研究发现，通过有意的微调所组合的PC缺陷原子的缺陷尺寸，使两缺陷原子谐振腔频率失配，则该非线性PC分子的透射率和对比度都有明显的提高，该由非线性PC分子组成的全光二极管的性能参数品质因子数与由非对称单缺陷PC组成的全光二极管的品质因子数比较提高了有五倍之多。此外，通过对不同入射波频率的比较，发现只有选择适合的入射波频率，全光二极管的才能被最优化。

关键词：非线性光子晶体数值模拟动力学缺陷对全光二极管

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基于超晶格结构衍射图的倒易矢量分布

光子学报 2015年第5期44卷 77-81页

作者：马博琴史建华田少华中国传媒大学理工学部北京100024

根据超晶格结构的激光衍射图,提出了一种定量确定倒易矢量分布的实验方法.首先,将正方形周期超晶格结构作为参考光栅,得到其衍射图.根据傅里叶光学理论,计算出基本倒易矢量的大小,与衍射图上的几何长度建立标尺关系.通过引入矩形超晶格... 详细信息

根据超晶格结构的激光衍射图,提出了一种定量确定倒易矢量分布的实验方法.首先,将正方形周期超晶格结构作为参考光栅,得到其衍射图.根据傅里叶光学理论,计算出基本倒易矢量的大小,与衍射图上的几何长度建立标尺关系.通过引入矩形超晶格结构,证明了该方法在周期超晶格结构中的可行性.其次,将H型和谢尔宾斯基分形超晶格结构作为光栅,获得的衍射图与正方形结构衍射图进行对比.由衍射点间的几何长度比值,推算出分形衍射图中的倒易矢量分布.根据倒易矢量和准相位匹配谐频的基频波长之间的定量关系,理论计算出能够进行的谐频波长.最后,实验制备分形结构LiNbO3非线性光子晶体,探测准相位匹配倍频,所实现的倍频波长与理论计算值相吻合.谢尔宾斯基分形结构光栅在理论与实验上均可实现1.352μm的有效倍频输出.

关键词：非线性光学非线性光子晶体准相位匹配谐波衍射超晶格结构

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准周期铁电晶体中不同阶次的准相位匹配谐频

光学学报 2009年第12期29卷 3473-3476页

作者：马博琴马冬莉李志远张道中中国传媒大学理学院北京100024 中国科学院物理研究所北京100080

采用外加高压电场极化的方法,制备了二维八重准周期结构的铌酸锂非线性光子晶体。沿该晶体倒空间的基矢方向上实现了两种波长的有效共线倍频输出,在偏离该方向22.5°的方向上,获得了另外三种波长的倍频输出。同时,在入射光束对称两侧观... 详细信息

采用外加高压电场极化的方法,制备了二维八重准周期结构的铌酸锂非线性光子晶体。沿该晶体倒空间的基矢方向上实现了两种波长的有效共线倍频输出,在偏离该方向22.5°的方向上,获得了另外三种波长的倍频输出。同时,在入射光束对称两侧观察到了不同种波长的非共线倍频光斑。利用二维八重准周期铁电晶体,在约480 nm的入射波长范围内实现了近20种波长的共线及非共线准相位匹配倍频过程,两邻近的基频波长间隔最小可达3 nm。当晶体旋转45°的整数倍时,可以得到相同的结果。

关键词：非线性光学非线性光子晶体准周期极化铌酸锂准相位匹配谐波

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飞秒激光加工铌酸锂晶体:原理与应用

物理学进展 2020年第3期40卷 69-83页

作者：周超马嘉男顼晓仪徐钏张勇祝世宁肖敏南京大学现代工程与应用科学学院、物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093 阿肯色大学物理系美国费耶特维尔阿肯色州72701

由于具有超短的脉冲宽度和极高的峰值强度,飞秒激光微加工是一种有效的材料加工方法,已广泛应用于光子集成器件的加工。铌酸锂晶体具有优异的电光、非线性光学和压电特性,是集成光学和导波光学中常见的材料。本文综述了飞秒激光对铌酸... 详细信息

由于具有超短的脉冲宽度和极高的峰值强度,飞秒激光微加工是一种有效的材料加工方法,已广泛应用于光子集成器件的加工。铌酸锂晶体具有优异的电光、非线性光学和压电特性,是集成光学和导波光学中常见的材料。本文综述了飞秒激光对铌酸锂晶体的处理,重点介绍了飞秒激光加工的物理原理及其制备的铌酸锂基光子器件的最新进展。飞秒激光技术使铌酸锂晶体在微纳光子学领域具有广阔的应用前景。

关键词：飞秒激光铌酸锂波导非线性光子晶体激光

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宽谱带、多波长的准相位匹配晶体结构设计

宽谱带、多波长的准相位匹配晶体结构设计

作者：刘亚丽天津大学

学位级别：硕士

随着现在信息技术的不断发展和社会的需要,激光技术变得越来越重要。尤其是在高速信息时代,光学器件占据更加核心的地位。这对激光器的光源提出了更高的要求,不仅需要高强度的激光输出,还需要光源的光谱范围能够尽可能扩展。非线性光学... 详细信息

随着现在信息技术的不断发展和社会的需要,激光技术变得越来越重要。尤其是在高速信息时代,光学器件占据更加核心的地位。这对激光器的光源提出了更高的要求,不仅需要高强度的激光输出,还需要光源的光谱范围能够尽可能扩展。非线性光学频率变换技术对于拓宽激光光源十分重要,经过频率变换可以获得各种波长,应用于不同的领域。频率变换中的一种重要技术就是准相位匹配。近些年,用于制备准相位匹配晶体的外加电场极化技术已经十分成熟,这使得准相位匹配的发展也更加灵活和多样化。基于准相位匹配来设计频率转换的晶体结构,成为科研人员关注的研究领域。从最初输出单波长频率转换的周期性结构,到后来的周期序列结构,再到啁啾结构、准周期结构、非周期结构,结构越来越复杂;维度上也从一维发展到二维,甚至是三维结构,参与的非线性过程越来越多,输出的光谱也越来越越丰富。为了获得满足需求的准相位匹配结构,更好地指导实验制备,本文利用数值模拟对同时的多波长频率变换和宽谱带频率变换进行了深入的分析研究。研究了准相位匹配晶体的和频、倍频等非线性光学效应,提出了两种结构设计的方法,并对相关影响因素进行了深入地分析。内容包括:首先,介绍了到目前为止的几种主要的准相位匹配晶体设计方法。其次,根据宽谱带准相位匹配频率变换的相关理论,提出在周期结构中引入无序的方法。研究了无序层的中心长度和随机度对于光谱展宽程度的定量影响,以及晶体的总长度对于转换效率和带宽的影响。在此基础之上,选取合理的结构参数,获得了高效率宽谱带的二次谐波输出。这对于研究倍频和制备宽谱带的准相位匹配器件有重要的指导意义。再者,从光强变化的角度出发,提出了一种实现多个波长频率变换的非周期结构设计方法。通过对设计的晶体结构进行Matlab仿真,同时实现了六个和频过程,通过引入权重因子,还可以对六个过程的相对输出强度进行调节。

关键词：宽谱带多波长频率变换准相位匹配非线性光子晶体非周期光学超晶格