封面说明

密度起伏、结构缺陷等空间不均匀性能导致介质中光的弹性散射.弹性散射也会发生在非线性晶体中,它会作为信号光参与光参量过程,并且在相位匹配的条件下有效地转换成新的频率,强度也获得增强.最近我们在χ(2)非线性光子晶体中发现的锥形二次谐波就与这一过程有关.实验采用的是一块“晶格参数”约为 9μm的六角极化的χ(2)钽酸锂光子晶体,当基波光沿着六角结构的对称方向传播时,出射的锥形二次谐波投影在接收屏上呈现出轴对称或者镜像对称两种衍射光环.随着基波频率的变化,环的半径和颜色会发生相应的改变.封面图展示了样品的显微结构和不同颜…     

二维光子晶体负折射现象条件及特性研究

结合光子晶体带隙图和等频率线图分析了二维光子晶体中出现负折射现象的条件,得出了负折射现象出现的频率范围.采用有限时域差分法模拟了光在光子晶体界面和内部的传输行为,验证了以上理论所给出的负折射出现的频段,观察到了明显的负折射现象.比较了不同介质、不同晶格结构光子晶体中不同频率的负折射行为.提出一种新结构的六角型二维三角晶格光子晶体分光镜的模型.     

全硅光子晶体波导中二次谐波产生及影响因素

硅材料是半导体微细加工工艺中的常用材料,属于m3m对称点群,通常无法实现二次谐波产生,导致光子系统芯片中的非线性组件集成困难.提出一种在硅材料中可以实现二次谐波产生光子晶体波导结构.首先给出该波导结构的组成及其基本原理,然后讨论谐波产生的计算模型和计算方法,最后给出针对10.6 μm波长而设计的全硅二维光子晶体波导具体结构参数,以有限时域差分算法为基础,计算分析了谐波产生情况.研究结果表明:该结构利用光子晶体带隙边缘效应增强了硅材料的电四极极化强度从而实现二次谐波产生,在完全相位匹配条件下,当抽运波强度为1.3 MW/mm2时,转换效率为0.2%.最后,对影响谐波转换效率的因素进行了初步分析.     

基于正方和六角排列结构光子晶体对发光二极管出光效率的研究

采用时域有限差分（finite-difference time-domain, FDTD）方法计算正方和六角排列圆形光子晶体的能带结构,研究了光子晶体占空比对能带的影响,找到一组获得带隙个数最多的二维光子晶体的几何结构参数;采用FDTD方法计算具有该参数的光子晶体的发光二极管（LED）出光效率,模拟表明该结构参数的正方和六角排列圆形光子晶体提高了GaN基蓝光LED出光效率5—6倍,六角排列优于正方排列;利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理. 关键词： 光子晶体 能带 出光效率 发光二极管     

光频段多频率域负折射率材料的数值研究

利用电介质材料周期性排列构成二维六角结构光子晶体,用平面波展开法研究了二维光子晶体材料各个能级的等频率曲线图,发现此结构光子晶体在多个频段上存在负折射特性,用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD) 数值计算模拟也得到了相同的结果. 关键词： 光子晶体 左手化媒质 负折射 多频段     

准晶非线性光子晶体中二次谐波波长和温度调谐的研究

在八重准周期极化的铌酸锂非线性光子晶体中,通过调节基频光波长实现了多个波长的同时共线准相位匹配倍频,最高转换效率达36%.同时,测量了准晶非线性光子晶体中二次谐波转换效率随晶体温度以及入射波长的变化,结果表明二次谐波在长波处具有更宽的温度以及波长调谐带宽.该项研究对于准周期非线性光子晶体在实际工作中的运用具有重要的指导意义. 关键词： 准周期 非线性光子晶体 温度调谐 波长调谐     

带缺陷结构的二维磁性光子晶体的数值模拟分析

利用频域有限差分方法分析了多种带缺陷结构二维磁性光子晶体（二重对称,四重对称和六重对称结构）的法拉第旋转角与椭圆率的变化特性.结果表明：在这些结构中,光波均被局域在中心缺陷处;同时,对于具有四重对称轴结构的材料,在其法拉第旋转角增加的同时,出射光波的椭圆率没有明显的增加;但对于不具有四重对称轴结构的材料,其法拉第旋转角增加的同时,出射光波的椭圆率也在增加.因此,只有在具有四重对称轴结构的二维磁性光子晶体中引入缺陷,才能很好地抑制光波偏振态的变化.这种带缺陷的二维磁性光子晶体结构有可能用于制作磁性光子晶体光 关键词： 磁光效应 二维磁性光子晶体 缺陷 频域有限差分法     

光子晶体几何结构设计对LED出光效率影响的研究

利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理,研究了一种参数设计方法.采用FDTD方法计算了表面覆盖ITO层的六角排列圆形光子晶体出光效率.计算该结构参数的光子晶体的LED出光效率,结果表明加入ITO层的光子晶体能提高GaN基蓝光LED出光效率2倍,该参数设计思路也为光子晶体设计提供了参考依据.     

基于六角结构二维光子晶体绝对带隙的优化设计研究

根据平面波展开法对二维光子晶体的能带结构进行计算，采用栅格结构连接电介质圆柱体对六角结构的二维光子晶体进行了优化. 通过计算栅格宽度和圆柱体半径对绝对带隙的影响，找到了一组可以获得大带隙二维光子晶体结构的最佳参数.优化后的光子晶体的大带隙对光子晶体制造工艺中介质圆柱体半径的偏离具有很好的稳定性，因此该结构的二维光子晶体具有很高的实用性. 关键词： 光子晶体 绝对带隙 六角结构     

空间与频率双性能的薄膜光学滤波器

通过耦合两个掺杂的一维光子晶体，提出了同时兼具频率和空间光学滤波双性能的一维光子晶体异质结结构.在一个宽的频带范围内, 该结构只允许法向入射的确定的一种中心频率光透过，偏离法向此中心频率光全反射; 而在这宽频带范围内其他频率所有的光在任何角方向都全反射. 关键词： 一维光子晶体 光学滤波器 光学薄膜 光通信     

光折变光子晶格中空间二次谐波的产生

用干涉法在自散焦光折变晶体 LiNbO₃：Fe中写入光子晶格的动态过程中，发现了双光束干涉条纹一分为二，四光束干涉点阵一分为四的分裂现象. 研究证明：这是干涉条纹空间频率的倍频现象，是入射的干涉光场与写入的光子晶格之间相互作用的结果. 本实验说明利用光折变效应可以容易地实现干涉光场空间频率的倍频和空间高次谐波的产生，并可利用产生的空间谐波感应出二倍频和高倍频的光折变光子晶格. 关键词： 光折变晶体 光子晶格 空间谐波     

分形超晶格结构晶体中的多波长频率转换

非线性频率转换是非线性光学中的重点研究内容之一,本文将Gosper分形与Z分形两种超晶格结构引入非线性光子晶体中,理论分析了两种超晶格结构经过准相位匹配进行非线性频率转换的谐波特点。Gosper分形超晶格的倒空间结构整体旋转60°后,依然能够和原图形重合;在准相位匹配的条件下,能够在六个不同方向实现相同的倍频波长输出;在级联三倍频中,实现了波长为711.3 nm、554.7 nm、491 nm的三倍频输出,并理论计算了其偏离角度。在二维Z分形的傅里叶空间中,充分利用了高阶横向倒格矢,能够实现基波波长范围为1.402μm～1.430μm的二次谐波频率转换,其中波长间距最小仅有1 nm。最后,为三维Z分形超晶格结构晶体的制备提供了数据支持。     

二维三角格光子晶体等效非线性折射率系数研究

考虑光子晶体中场局域效应,在等效介质理论的基础上利用场平均法得到二维三角格光子晶体的等效折射率.该折射率与平面波展开法得到的结果非常吻合.考虑慢光效应对非线性效应的增强,引入慢光增强因子得到该光子晶体的等效非线性折射率系数.该光子晶体的等效非线性折射率系数表现出强烈的色散效应,即随归一化频率的增加而逐渐减小,达到最小值后迅速递增,体现了场局域效应和慢光效应对光子晶体中非线性效应的共同作用.本文研究对利用人工微结构调控光学非线性效应具有一定参考价值.     

金属表面反射光中的谐波

当光激射器的高强度光束通过一些压电晶体时,发现了一系列非线性光学现象——合频,差频等。Blocmbergen及Pershan还曾证明:在电介质表面上也会发生非线性现象,即当强光入射到电介质表面时,反射光及透射光中都会出现谐波。本文的目的是证明当强光在真空金属表面反射时,也可能有谐波发生。具体估计了二次谐波的强度,并讨论了它的反射规律。     

磁导率对二维蜂窝结构光子晶体带隙的影响

利用平面波展开法对二维六角晶格结构磁性光子晶体的带隙特性进行了研究,给出其能带结构分布图,并与非磁性介质构成的光子晶体进行了比较.结果表明,由磁性材料构成的光子晶体更易出现带隙,磁导率对带隙结构影响很大.空气背景磁性散射子情况,磁导率增加较小时,二个绝对光子带隙宽度逐渐减小,直至消失.继续增加磁导率,在较低频率范围内出现一个绝对光子带隙,占空比逐渐加大,且最佳填充系数基本保持不变.磁性背景空气散射子,类似地在较低频率范围内也出现了一个绝对光子带隙.磁性背景非磁性散射子与空气背景磁性散射子情况相似.     

206 GHz光子带隙谐振腔回旋管

分析了光子晶体谐振腔的模式选择功能,实现光子晶体谐振腔回旋管振荡器高阶电磁模与高次电子回旋模的有效耦合,并成功抑制了模式竞争。通过对光子晶体谐振腔禁带特性的分析,定出了工作模式为TE23模,还建立了光子晶体谐振腔回旋管的等效半径的概念,设计了自洽非线性理论和相关的计算机数值模拟程序。研究发现TE23模能有效地与电子的二次回旋谐波相互作用,其耦合频率为206 GHz,并极大地降低了对工作磁场的要求。在考虑诸多物理因素影响的情况下,对该二次谐波光子带隙谐振腔(PBGC)回旋管振荡器进行了参数优化,得到了电压40 kV、电流4.2 A、磁场3.925 T、输出功率35 kW、互作用效率21%的二次谐波TE23模PBGC回旋管振荡器。     

类石墨烯结构二维层状碳化硅的非线性二次谐波特性的第一性原理研究

二维层状碳化硅（two-dimensional layered silicon carbide,2d-SiC）是一种类石墨烯结构的半导体,在非线性光学频率转换上具有潜在的应用.本文基于第一性原理高精度全电子势线性缀加平面波结合态求和方法研究了层叠和拉伸下类石墨烯2d-SiC结构的非线性二次谐波系数.非线性过程物理源分析表明,三带项构成的单粒子跃迁过程是2d-SiC结构的二次谐波过程的主要微观跃迁机制,电子的带间运动显著受到带内运动的调谐,π电子离域带对非线性过程有重要贡献.理论上给出了2d-SiC结构的二次谐波系数的角度依赖,为实验研究提供理论参考.拉伸可导致不同频率的二次谐波增强.     

利用二维光子晶体提高波的耦合效率

通过多重散射方法数值模拟研究和实验测量表明利用二维光子晶体可以提高波的耦合效率.研究发现,高的波耦合效率通常发生在光子禁带的边沿和其它非禁带区的某些频率处.当光子晶体的晶格常数接近于所传输的波的波长时,会出现很高耦合效率的共振耦合现象.利用二维光子晶体的情况下的波耦合效率最高可以达到不利用二维光子晶体时的1.89倍.这种现象在光集成器件中尤其有用.     

飞秒激光泵浦Ⅰ类BBO晶体中自发参量下转换的研究

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦Ⅰ类BBO晶体中自发参量下转换效应,以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角,这与相位匹配理论模拟结果吻合;正入射时,增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加,且最大出射角中心波长往长波移动;...     

光子晶体滤波特性分析

采用时域有限差分(FDTD)方法,研究光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性.计算结果表明,处于光子晶体禁带的光能被局域在光子晶体波导中传输.而具有特定本征共振频率的光子晶体微腔可将在其附近波导中传播的相应频率成份的光下载到微腔中,不同结构的腔可以“下载”不同频率成份的波.以上计算结果,可用于光子晶体上/下载滤波器的设计.