非对称DBR-金属-DBR结构的光学Tamm态理论研究

作为一种特殊的金属表面态, 光学Tamm态 (OTS) 对光的控制和操作具有独到优势, 在新一代光子器件设计中备受青睐. 本文基于分布式Bragg反射镜(DBR)-金属-DBR(DMD)结构, 通过金属两侧 DBR中心频率的失配引入不对称机制, 设计和控制可见光区域OTS的产生; 通过分析反射谱及电场分布特性, 揭示了金属两侧OTS的相互作用及变化规律. 结果表明: DMD结构可支持两个不同本征波长OTS 存在, 失配量δ将影响两个OTS的强度及本征波长, 即随着δ变化OTS 出现上下两个分支; 同时, 入射光的偏振态、入射角等也对OTS的强度及本征波长具有明显影响. 关键词： 金属表面态 光学Tamm态 分布式Bragg反射镜     

金属介电常数的色散模型对光学Tamm态的影响

比较银介电常数三种色散模型对光学Tamm态的影响,根据三种色散模型的复折射率随波长的变化研究银-光子晶体-银结构TE波和TM波的光学Tamm 态随入射角、银层厚度及周期数的变化.得出：三种色散模型下银-光子晶体-银结构中都会出现两个光学Tamm 态（OTS1和OTS2）.三种色散模型下的光学Tamm 态的波长随入射角、银层厚度及周期数的变化规律一致.但是光学Tamm 态的透射峰值随入射角、银层厚度及周期数的变化规律不一致.Drude-Lorentz模型和Lorentz模型能够描述银的特征,而Drude模型不能.     

平面金属等离激元美特材料对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用

本文对具有类EIR色散特性的平面金属等离激元美特材料(planar plasmonic metamaterials, PPM)对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用进行了研究. 我们首先运用传输矩阵方法分析了利用PPM结构的色散来增强光学Tamm态对应模式电磁局域密度的可能性. 其次, 我们将具有类EIR特性的PPM与一维光子晶体(photonic crystal, PC)合在一起设计了一种平面等离激元美特材料-光子晶体(PPM-PC)异质结构. 研究发现, 通过在电磁局域密度最高的PPM结构中(或附近)加入增益介质, 可观察到比通常光学Tamm态更强的激射增强效应及更明显的单色性响应. 这些特性使得这种PPM-PC结构有望被应用于低阈值激光器、荧光增强等方面.     

金属纳米颗粒与腔光力学系统耦合所引起的光学特性研究

本文提出了一个由高品质光学腔,机械振子和金属纳米颗粒组成的腔光力学系统。一束强的泵浦光和一束弱的探测光同时作用于该系统。数值分析结果表明:在泵浦光的驱动条件下,系统对探测光的透射谱上会出现光力学诱导透明现象。该透明窗口的宽度由金属纳米颗粒和光腔之间的耦合强度决定。随着金属纳米颗粒和光腔之间的耦合强度的增强,该透明窗口会变窄,探测光的群延迟时间也会增大。我们分析了这些光学性质的变化原因,并给出了物理解释。     

相干态统计特性的弱测量结构研究

理论分析相干态位移参数估计在弱测量方法下的放大效应.引入偏振态作为附属态(Ancilla States),分别进行初选择和后选择,中间的相互作用采用了偏振相关的弱位移操作算符.通过最后检测光子数的分布来估计位移参数;在牺牲检测光子强度的情况下可以有效提高放大效应.     

基于弱耦合模理论的空间多波导耦合特性研究

不在同一平面的空间多波导中光耦合发生在横截面两个方向,利用空间多波导可以方便、有效地实现不同层间器件的互连。将平面波导耦合模理论推广到空间多波导之间的耦合,在弱导引条件下给出了空间多波导的耦合方程。利用该耦合方程对三维集成光学器件中常见的空间三波导和空间四波导的耦合特性进行分析,得出光强分布及耦合长度的解析表达式,并用三维全矢量光束传输法验证了分析结果。分析结果表明利用空间多波导可以实现水平和垂直两个方向上的均匀或非均匀分束,为利用空间多波导之间相互耦合的三维定向耦合器件的设计和分析提供理论基础。     

基于金属-介质-金属结构的反射式彩色滤光片特性研究

研究了金属-介质-金属结构在可见光波段的反射滤光特性。该结构由柔性透明基底、金属层、介质-金属纳米光栅结构组成。利用严格耦合波分析法(RCWA)模拟了TM偏振光入射时,亚波长介质-金属光栅的占宽比、周期和厚度等结构参数对反射光谱特性的影响。理论模拟结果表明:光栅的结构参数变化可改变反射波段,进而调节滤光颜色。在此基础上,进一步优化结构参数,得到了基于减色法的彩色滤光片结构,获得了青色、品红色和黄色三原色。该结构的主要优点是,当入射角在0～45范围内变化时,反射光谱谷值位置和反射带宽基本不变。本文所提出的结构特别适合用于反射式彩色显示。     

一维金属光栅的透射光学特性

利用时域有限差分法模拟了一维金属光栅的透射光场的分布及光栅厚度等因素对透射光谱的影响.结果表明:特定波长的光通过金属光栅中的亚波长狭缝时有异常大的透过率增强.分析其物理起源,认为是类FabryPerot(FP)腔作用的结果.基底介电常量对类FP腔长度的调制导致了对透射光谱的影响.金属光栅表面激发的表面等离子体激元波与多缝干涉一样,对透射光谱有一定的影响,但不是形成增强的原因 关键词： 金属光栅 透射光学特性     

纳米材料二氧化锡的制备和激子态光学特性研究

报道纳米材料二氧化锡的制备和室温下激子态光学特征，应用弱量子限域下激子响应模型对结果进行了解释。     

光波弱散射过程中的统计光学特性

光波经介质散射后的远场光学特性,包括光谱强度、光谱相干度以及光谱偏振度等,与散射介质的结构特征密切相关。近年来,光波弱散射现象的研究取得了较大进展,一方面,研究人员将散射体推广到各种介质,包括各向异性介质、半软边介质、椭球形介质等;另一方面,研究人员将入射光波推广到各种常见的光束,如随机电磁光波、平面波脉冲光束、非匀幅光束等。介绍了关于光波弱散射问题的主要研究成果,包括光波散射过程中的光谱变化现象、相干性变化现象、等价理论、互易关系以及光波散射逆问题等。     

耦合锗量子点中空穴态对称特性研究

分别采用单带重空穴近似和六带Kronig-Penney模型, 对垂直耦合锗量子点在不同耦合距离下的空穴态特性进行了计算, 并探讨了自旋-轨道的相互作用对空穴态对称性的影响. 计算结果表明: 多带耦合的框架下, 随着量子点垂直间距的增大, 空穴基态从成键态转变为反键态, 而且价带基态能级和第一激发态能级发生反交叉现象, 这与单带模型下得到的相应结果存在较大差异. 通过分析六带模型计算得到的成、反键态波函数, 轻、重空穴态和自旋-轨道分裂态对特征空穴态波函数的贡献比例随着量子点垂直间距的增大发生了转变, 并最终导致量子点空穴基态波函数由成键态转变为反键态. 关键词： 耦合量子点 空穴态 成健态-反健态 自旋-轨道     

耦合量子点中空穴基态反键态特性研究

本文采用六带K·P理论计算了耦合量子点在不同耦合距离下空穴基态特性, 探讨了轻重空穴及轨道自旋相互作用对耦合量子点空穴基态反成键态特性的影响. 在考虑多带耦合的情况下, 耦合量子点随着耦合强度的变化, 价带基态能级和激发态能级发生反交叉现象. 同时, 随着耦合距离的增加, 量子点基态轻重空穴波函数的比重发生变化,导致量子点空穴基态波函数从成键态反转成为反成键态. 同时研究发现, 因空穴基态及激发态波函数特性的转变, 电子、空穴的基态及激发态波函数的叠加强度发生的明显变化. 关键词： 耦合量子点 反键态 多带理论 自旋轨道耦合     

一维电介质-金属光子晶体的光学特性研究

利用传输矩阵方法,研究了一维电介质-金属光子晶体的光学特性,该光子晶体通过在Si/SiO₂组成的电介质型光子晶体中插入一定厚度Al层形成。计算结果表明,金属层的引入可以有效提高反射效率,[Si(46 nm)/SiO₂(60 nm)/Al(10 nm)/SiO₂(60 nm)]5结构的单位周期传输衰减从[Si(46 nm)/SiO₂(120 nm)]5的7.2 dB增大到了20 dB;可以得到更宽频率范围的全方向反射带隙,例如[Si(46 nm)/SiO₂(60 nm)/Al(30 nm)/SiO₂(60 nm)]5结构即可提供550 nm带宽的全方向反射;同时讨论了金属吸收、金属层厚度及插入位置对其光学特性的影响。这种电介质-金属光子晶体有望作为性能优异的光学反射镜得到应用。     

抛物量子点中弱耦合激子的光学声子平均数

研究了电子-体纵光学声子弱耦合情况下,抛物量子点中激子的性质。在有效质量近似下,采用线性组合算符和幺正变换方法研究了抛物量子点中弱耦合激子的基态能量和光学声子平均数。以GaAs半导体为例进行了数值计算,结果表明:弱耦合情况下,激子的光学声子平均数基态的能量和量子点受限强度的增大而减小,随量子点半径的增大而增大。     

耦合量子点的三阶非线性光学特性

本文研究了两个耦合的圆型量子点的三阶光学非线性,并且利用密度矩阵算符理论导出了三次谐波产生的表达式.最后,以GaAs耦合量子点为例作了数值计算,并绘出了三次谐波产生与耦合量子点中的电子数以及光子能量之间的依赖关系.     

金属包裹纳米微粒的光学特性研究(英文)

金属包裹纳米粒子是一种纳米量级的介质球核外包裹薄金属层的纳米粒子.在本文中,Au包裹Au₂S纳米粒子被抽象成微型电磁谐振腔,其谐振波长决定于Au₂S介质球核的半径.运用经典电磁理论可以得到谐振波长和谐振能量.由于Au包层很薄(2nm),这种微型谐振腔的耦合方式是有别于传统方式的透射耦合,因此Au包层的厚度决定了谐振的能量以及谐振腔品质因子Q.此外,本文还讨论了吸收峰的线宽.     

强外场调控下半导体中浅杂质态的光学吸收特性

理论研究了法拉第位形下强太赫兹激光场、磁场以及压强作用下半导体中浅杂质态非线性光学性质.利用含时非微扰理论——强太赫兹激光场效应被精确包含在激光缀饰库仑势中——和变分法计算出浅杂质态电子能级和波函数,然后基于紧致密度矩阵方法研究强外场和压强对浅杂质态1s→2p_z跃迁的线性、三阶非线性及总的光学吸收系数和折射率变化的影响.研究发现压强和强外场通过激光缀饰库仑势可调控跃迁能和几何因子的增大或减小,所以饱和吸收不但依赖于入射光强和弛豫时间而且还依赖于强外场,在强激光场强度和回旋共振区域附近饱和吸收更容易实现.线性、三阶非线性及总的光学吸收系数和折射率变化的共振峰位置和振幅,在选取合适的外场参数下不但受到强外场的有效调控,而且还受到压强的强烈影响.研究结果为设计强外场调控的新型高效基于杂质电子器件提供了理论支持.     

抛物量子线中弱耦合极化子的有效质量和光学声子平均数

讨论电子与体纵光学(LO)声子弱耦合时对抛物量子线中极化子性质的影响.采用Tokuda改进的线性组合算符法、Lagrange乘子和变分法,导出了抛物量子线中弱耦合极化子的有效质量和光学声子平均数随拉格朗日乘子变化的规律及极化子振动频率随量子线约束强度的变化规律.并以ZnS量子线为例进行了数值计算,结果表明:抛物量子线中弱耦合极化子的有效质量m^*和光学声子平均数N随着拉格朗日乘子u的增加而增大;该结论与体材料中结论基本一致,但量子线中的效应比体材料更明显,表明量子线对电子约束的增强,使极化子效应更明显.同时,极化子振动频率λ随约束强度ω₀的增强而增大.     

弱相干场耦合腔系统中的纠缠特性

研究由三个全同的二能级原子与耦合腔构成的系统, 考虑腔场处于弱相干态的情况. 采用Negativity熵度量两子系统间的纠缠, 利用数值计算方法研究了两个原子之间和两个腔场之间的纠缠性质. 讨论了腔场间的耦合系数和腔场的强度对纠缠特性的影响. 研究结果表明: 随光场强度增大, 原子间纠缠和腔场间纠缠均增强. 另一方面, 随耦合腔的耦合系数增大, 两原子间的纠缠减弱, 腔A和腔B间的纠缠增强; 而腔B和腔C间的纠缠, 以及腔A和腔C间纠缠与腔场间的耦合系数间存在非线性关系.