光折變非線性表面波的研究.pdf

1、光折變表面波是一種可沿光折變非線性介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ墓獠?它能將光能量約束在光折變介質(zhì)近表面狹層空間。其高能量密度的特點(diǎn)和可沿直線傳播而實(shí)現(xiàn)的相位匹配,使各種表面非線性光學(xué)效應(yīng)得以增強(qiáng)。因此,光折變表面波在波導(dǎo)制備、諧波產(chǎn)生和集成光學(xué)器件設(shè)計(jì)等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。盡管人們對(duì)光折變表面波已經(jīng)有了較深入的了解,但對(duì)光折變表面波的產(chǎn)生機(jī)制、模式調(diào)控及其穩(wěn)定性等很多問(wèn)題都還需要做進(jìn)一步的研究。此外,隨著雙光子光折變晶體以及聚合物和液晶等新型光折

2、變材料的發(fā)展,材料的光折變性能也比傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)晶體有了長(zhǎng)足的提高和優(yōu)化。本論文圍繞光折變表面波相關(guān)問(wèn)題作了系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容包括：
　　 (1)研究了光折變表面波的產(chǎn)生機(jī)制,較系統(tǒng)地分析了光折變效應(yīng)的三種非線性機(jī)制,擴(kuò)散、漂移和光生伏打效應(yīng),對(duì)光折變表面波的作用。指出擴(kuò)散非線性是光折變表面波形成的本質(zhì)因?yàn)?漂移非線性和光伏非線性并不是光折變表面波形成的必要因素,但是可利用它們對(duì)光折變表面波模式進(jìn)行調(diào)控。
　　 (2)研究

3、了光折變表面波的激發(fā)和模式特征,給出了光折變表面波的模式與光波入射角和傳播常數(shù)的關(guān)系,較大的入射角對(duì)應(yīng)較大的傳播常數(shù)和低階模式的表面波,較小的入射角對(duì)應(yīng)較小的傳播常數(shù)和高階模式的表面波。
　　 (3)分析了光折變表面波的穩(wěn)定性。建立了等效振子模型并利用該模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)光折變表面波穩(wěn)定性的直觀定量分析,指出外加電場(chǎng)存在一個(gè)閾值Eth=(k02n2-β2)/k02n4reff,如果電場(chǎng)高于此閾值,光折變表面波的穩(wěn)定性將會(huì)被破壞。同時(shí)利

4、用快速傅里葉變換光束傳播理論對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。
　　 (4)研究了雙光子光折變晶體中光折變表面波的形成機(jī)制與特點(diǎn)。單光子光折變表面波所誘導(dǎo)的表面波導(dǎo)可以方便地被擦洗掉,但同時(shí)這種可擦洗性也使得表面波導(dǎo)存在不穩(wěn)定性因素,不利于長(zhǎng)期保存。由于雙光子光折變效應(yīng)特殊的兩步激發(fā)機(jī)制,雙光子光折變表面波可以誘導(dǎo)出不可擦洗的表面波導(dǎo),這為表面波導(dǎo)永久性存儲(chǔ)問(wèn)題的解決提供了有效方案。
　　 (5)系統(tǒng)地研究了聚合物和液晶光折變材料中的

5、光折變表面波。相對(duì)無(wú)機(jī)光折變晶體,聚合物和液晶光折變材料具有成本低廉、結(jié)構(gòu)可控、工作波長(zhǎng)范圍寬、易于加工等優(yōu)點(diǎn),而且其光折變性能也比無(wú)機(jī)光折變晶體高出很多。我們建立了聚合物和液晶光折變表面波的理論分析模型,研究結(jié)果表明外電場(chǎng)不僅可以調(diào)節(jié)光折變表面波的空間頻率,還可以有效地控制其貫穿深度,而且聚合物和液晶光折變表面波還具有較獨(dú)特的偏振依賴(lài)性,比起無(wú)機(jī)光折變表面波更加靈活可控。此外,液晶光折變表面波的激發(fā)和調(diào)控所需的外加電場(chǎng)很低。以上特點(diǎn)使

6、光折變表面波的性能得以提高,并有望得到更廣泛的實(shí)際應(yīng)用。
　　 本文對(duì)光折變表面波進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究,創(chuàng)新點(diǎn)包括：①建立了光折變表面波的等效振子模型,證明了擴(kuò)散機(jī)制是形成光折變表面波的本質(zhì)因?yàn)?漂移非線性和光伏非線性不是光折變表面波形成的必要因素,但是可利用它們對(duì)光折變表面波模式進(jìn)行調(diào)控。給出了光折變表面波的模式與入射角和傳播常數(shù)的關(guān)系,并提出了基于等效振子模型的穩(wěn)定性分析方法,可定量分析外電場(chǎng)對(duì)表面波穩(wěn)定性的影響。②提出在雙光