基于表面等離子體狹縫波導(dǎo)的三次諧波研究.pdf

1、近年來(lái)，中紅外波段光學(xué)憑借其在光通信和生物醫(yī)學(xué)傳感等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用激發(fā)了越來(lái)越多的研究興趣。三次諧波在中外紅領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括帶內(nèi)光信噪比探測(cè)，微米級(jí)器件幾何結(jié)構(gòu)成像，三維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和生物材料研究等?；诖耍芯炕谥屑t外的高效三次諧波轉(zhuǎn)換器件是很有必要和有意義。
　　本文對(duì)中紅外及三次諧波的基本原理和應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要回顧。通過(guò)對(duì)三次諧波的基本原理以及耦合模差分方程的推導(dǎo)和分析引出在波導(dǎo)器件中產(chǎn)生高效三次諧波的三個(gè)關(guān)鍵因素。一方面利用

2、具有高三階非線性極化率的非線性介質(zhì)材料作為三次諧波產(chǎn)生的主要媒介；另一方面通過(guò)合理設(shè)計(jì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)泵浦波和三次諧波相位匹配；最后一方面設(shè)計(jì)特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)調(diào)整高階模的電場(chǎng)分布實(shí)現(xiàn)大的泵浦-三次諧波模式重疊積分系數(shù)。經(jīng)過(guò)調(diào)研，表面等離子體狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對(duì)光的限制和加強(qiáng)特性可以很好的同時(shí)滿足上述三方面要求。表面等離子體納米結(jié)構(gòu)除了能夠增強(qiáng)非線性效應(yīng)，還能使非線性光學(xué)組件縮減至微米級(jí)別，有利于光器件芯片集成。用此類波導(dǎo)結(jié)構(gòu)輻射三次諧波，波導(dǎo)的非

3、線性參數(shù)能通過(guò)調(diào)節(jié)波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)合理控制。基于表面等離子體狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)特性和三次諧波工作原理，本文設(shè)計(jì)幾種特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效三次諧波（中紅外到近紅外）轉(zhuǎn)換。
　　首先本論文提出了兩種非對(duì)稱表面等離子體狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。狹縫上層引入硅的主要目的包括兩方面。一方面，阻止上層金屬覆蓋層對(duì)DDMEBT聚合物中電場(chǎng)的影響，使得相位匹配能夠通過(guò)調(diào)節(jié)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)；另一方面，破壞高階模電場(chǎng)分布的對(duì)稱性，限制高階模電場(chǎng)的負(fù)電場(chǎng)分量分布在硅狹縫中，