復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)中光束的傳輸變換及光波的傳輸特性研究.pdf

1、目前，隨著激光技術(shù)和微加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，分?jǐn)?shù)傅里葉變換（FrFT）作為一種新的研究工具在光學(xué)、光通信等領(lǐng)域迅速得到應(yīng)用；同時(shí)，納米光子技術(shù)作為當(dāng)前光子學(xué)領(lǐng)域里面的研究熱點(diǎn)之一，它在非線性光學(xué)、光存儲(chǔ)及光通信器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?；诖耍疚闹饕芯恳恍?fù)雜光學(xué)系統(tǒng)中光束的傳輸變換及光波的傳輸特性，主要包括以下內(nèi)容：
　　第一章為緒論，主要概述了光束的傳輸變換與表面等離子體光子學(xué)的研究背景、基本理論及其主要應(yīng)用等，介紹了論

2、文采用的數(shù)值計(jì)算方法，并指出了全文的結(jié)構(gòu)安排、研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)。
　　第二章，基于廣義惠更斯-菲涅耳衍射積分公式，并采用將硬邊光闌函數(shù)展開(kāi)為有限項(xiàng)復(fù)高斯函數(shù)的方法，通過(guò)較復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，推導(dǎo)并研究了合流超幾何(HyG)光束通過(guò)環(huán)形光闌約束光學(xué)系統(tǒng)的光場(chǎng)分布及其傳輸特性。作為特例，本章還給出了HyG光束通過(guò)圓孔光闌和圓屏光闌約束光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)慕平馕鼋狻Ｓ?jì)算結(jié)果表明，本章采用的近似解析公式計(jì)算所得結(jié)果與直接數(shù)值積分結(jié)果一致吻合，且能

3、大大提高計(jì)算效率。
　　第三章，根據(jù)FrFT的定義和復(fù)高斯函數(shù)展開(kāi)方法，分別導(dǎo)出了空心雙曲正弦高斯（HsG）光束和貝塞爾高斯（BG）光束通過(guò)理想的或有光闌約束FrFT光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)慕馕霰磉_(dá)式，并進(jìn)一步研究了其傳輸特性。數(shù)值計(jì)算和研究結(jié)果表明，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇FrFT的光學(xué)參數(shù)（如：分?jǐn)?shù)階數(shù)、截?cái)鄥?shù)等），可以控制光束通過(guò)FrFT光學(xué)系統(tǒng)的光強(qiáng)分布。特別的是，當(dāng)截?cái)鄥?shù)較小時(shí)，透鏡的光闌效應(yīng)不能忽略，光闌的大小會(huì)對(duì)歸一化光強(qiáng)分布有很大

4、的影響；當(dāng)截?cái)鄥?shù)較大時(shí)，光闌的衍射效應(yīng)可以忽略。
　　第四章，利用麥克斯韋方程在邊界面上滿(mǎn)足的連續(xù)性邊界條件，分析了幾種簡(jiǎn)單異質(zhì)結(jié)構(gòu)波導(dǎo)中表面等離子激元模式的色散及模式耦合特性。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一種新的較為復(fù)雜的等離子波導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng),并利用等效模型的方法獲得了該波導(dǎo)的色散曲線,結(jié)果表明多條模式可以局限在空氣芯層中進(jìn)行傳輸。
　　第五章，利用時(shí)域有限差分(FDTD)方法，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單易制備的硅基波導(dǎo)襯底亞波長(zhǎng)光柵結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，

5、并研究了光波在該系統(tǒng)中的傳輸特性。數(shù)值計(jì)算和理論研究結(jié)果表明，在橫電（TE）波垂直入射的條件下，由于Fano共振及金屬光柵表面等離子體激元與硅基波導(dǎo)模式的雜化耦合，導(dǎo)致了傳輸效率的極大增強(qiáng)（>80％），具有超透射的新奇現(xiàn)象，并伴隨著群速度為0.005c的慢光效應(yīng)。
　　第六章，從經(jīng)典量子光學(xué)的理論出發(fā)，比較分析了不同光學(xué)系統(tǒng)中的電磁誘導(dǎo)透明（EIT）現(xiàn)象及其物理機(jī)制，并構(gòu)建了由金屬納米棒和硅光柵波導(dǎo)組成的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)。通過(guò)FDTD