Fabry-Perot腔与光学参量放大复合系统中实现可调谐的非常规光子阻塞

本文提出在Fabry-Perot腔和光学参量放大复合系统中实现非常规光子阻塞效应.此系统包含可调谐的复合型驱动强度相位,用二阶关联函数描述光子统计性质,数值模拟不同参数下的光子阻塞效应,研究发现通过调节复合型驱动强度相位可以控制非常规光子阻塞.在弱驱动条件下,计算得到了强光子反聚束的最优化条件,并给出了二阶关联函数解析式,研究发现数值模拟结果与解析结果相符合.研究结果为光子阻塞的相干操作提供了平台,在量子信息处理和量子光学器件等方面具有潜在的应用前景.     

一维函数光子晶体的研究

本文提出一种新型函数光子晶体, 其折射率是空间位置函数. 由费马原理, 我们给出光在一维、 二维和三维函数光子晶体中的运动方程, 以及一维函数光子晶体的色散关系、 带隙结构和透射率, 再利用传输矩阵理论研究函数光子晶体周期数、 入射角和介质层的厚度等对透射率和禁带结构的影响, 计算发现通过选择不同的折射率空间分布函数, 可以得到比传统光子晶体更宽或更窄的禁带结构. 这样为我们设计不同带隙结构的光子晶体提供理论依据.     

一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n22、n11(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n22,n11大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.     

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.     

基于浸没式光刻光束稳定系统的反射镜

根据浸没式光刻系统的技术要求,设计了光束稳定系统,通过两个反射镜消除光束的位置漂移和指向漂移.基于深紫外材料特性,选择JGS1作为反射镜的基底,Al2O3和MgF2为高、低折射率薄膜材料.通过膜系设计软件完成了高反射膜的设计和模拟分析,并采用真空沉积技术研制了该薄膜.通过选择行星夹具镀膜设备和设计特定的补偿挡板来保证薄膜的非均匀性小于0.2%.测试了反射镜样片的光谱曲线和表面微观结构,结果表明研制的薄膜在45°入射时的反射率为98.5%,散射损耗为0.30%,满足系统使用要求.     

一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n₂₂、n₁₁(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n₂₂,n₁₁大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.     

五能级87Rb原子系统中相干诱导的可调谐三光子带隙

研究了一个由两个同向驻波场和一个微波场相干驱动的五能级87 Rb原子系统,并在探测场共振频率处实现了可调谐三光子带隙。利用激光场与多能级原子系综相互作用的密度矩阵方程,结合光脉冲在具有空间周期性介质中的相干传输矩阵理论,推导出了描述相干原子系统稳态条件下的反射谱和透射谱。由数值模拟发现,通过改变驱动场的失谐和拉比频率可以动力学地调控光子带隙的位置和宽度,而且这种相干诱导三光子带隙能够同时操控三个不同中心频率光脉冲的传播。     

量子理论新方法研究光的双缝衍射

用量子理论新方法研究光的双缝衍射实验现象,首先用光的量子理论计算光在缝中双缝衍射的波函数,再由基尔霍夫定律计算光的衍射波函数,由衍射强度正比于衍射波函数模方,从而得到光双缝衍射强度的解析式,把量子理论计算结果和经典电磁理论计算结果以及与实验数据三者进行比较,发现量子理论结果与实验数据符合更好,而经典电磁理论计算结果与实验有一定偏差.从而说明量子理论更能精确解释光的衍射现象.该方法还可进一步研究光的单缝、多缝以及光栅衍射的实验现象.     

Band gaps structure and semi-Dirac point of two-dimensional function photonic crystals

Two-dimensional function photonic crystals, in which the dielectric constants of medium columns are the functions of space coordinates , are proposed and studied numerically. The band gaps structures of the photonic crystals for TE and TM waves are different from the two-dimensional conventional photonic crystals. Some absolute band gaps and semiDirac points are found. When the medium column radius and the function form of the dielectric constant are modulated, the numbers, width, and position of band gaps are changed, and the semi-Dirac point can either occur or disappear. Therefore,the special band gaps structures and semi-Dirac points can be achieved through the modulation on the two-dimensional function photonic crystals. The results will provide a new design method of optical devices based on the two-dimensional function photonic crystals.     

一维光子晶体中光场分布特性分析

给出了在任意入射角下光子晶体的透射率、反射率及光在光子晶体内部场强分布的正确表达式.在此基础上,研究了入射光角频率分别为基频奇数倍、偶数倍时在光子晶体内部的场强分布.此外,还研究了不同入射角、光入射方向及缺陷层对场强分布影响,得到了一些新的有价值的结果,这为光子晶体的制备提供了依据.