光束在體材料和周期性微結(jié)構(gòu)材料中的傳播及應(yīng)用研究.pdf

1、本論文從理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)光束在體材料、光子帶隙材料和Metamaterials(MMs)中的傳播及應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)地分析和研究。我們分兩條主線撰寫，第一條主線是從體材料、光子帶隙材料到MMs材料角度發(fā)展；第二條主線是從Z掃描、光限制/全光開(kāi)關(guān)到局域場(chǎng)增強(qiáng)和電磁諧振的應(yīng)用角度發(fā)展；其中第四章光子帶隙材料的Z掃描及應(yīng)用是這兩條主線的交點(diǎn)。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 1.我們應(yīng)用高斯分解法對(duì)由脈沖電場(chǎng)誘導(dǎo)的大非線性相移下的Z掃描進(jìn)行了研究。

2、證明了高斯分解法仍然可以用來(lái)分析大非線性相移下的Z掃描理論，并且優(yōu)于其它方法。我們對(duì)入射激光分別為連續(xù)和脈沖情況下的大非線性相移Z掃描曲線的峰谷結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)在大非線性相移的情況下，Z掃描曲線的峰和谷隨透過(guò)光闌或光強(qiáng)的變化表現(xiàn)出來(lái)某些新的特性。采用皮秒脈沖激光下的純二硫化碳實(shí)驗(yàn)對(duì)理論分析加以驗(yàn)證。
　　 2.基于測(cè)量三階非線性系數(shù)的Z掃描測(cè)量方法，我們提出了二階Z掃描的理論，討論了線性吸收系數(shù)對(duì)Z掃描曲線的影響。應(yīng)用這種方

3、法，我們測(cè)量了在1064 nm下，5％MgO：LiNbO3的二階非線性系數(shù)d31=4.50×10-12 m/v，這一結(jié)果同先前用不同測(cè)量方法得到的結(jié)果符合得很好。
　　 3.我們提出了一種理想的一維非線性光子帶隙材料的Z掃描理論。分析了一維周期性非線性光子帶隙材料Z掃描曲線特征，結(jié)果表明只含非線性折射的一維非線性光子帶隙材料的Z掃描曲線與同時(shí)包含非線性折射和非線性吸收的體材料Z掃描曲線相似。同時(shí)，分析了光學(xué)增益和誘導(dǎo)吸收對(duì)開(kāi)孔和

4、閉孔Z掃描曲線的影響。最后，我們還分析了具有缺陷的一維非線性光子帶隙材料Z掃描結(jié)果，在缺陷模頻率處，缺陷材料的非線性光學(xué)性質(zhì)對(duì)Z掃描結(jié)果起決定作用。
　　 4.基于Pade近似和多步法，我們提出了一種無(wú)條件穩(wěn)定隱格式高階復(fù)包絡(luò)算法求解時(shí)間依靠的Maxwell方程。無(wú)條件穩(wěn)定和時(shí)間上高階精度可以同時(shí)達(dá)到。由于我們采用復(fù)包絡(luò)Maxwell方程，即使在相當(dāng)大的時(shí)間步長(zhǎng)下，數(shù)值色散和耗散都非常小。為了驗(yàn)證這種無(wú)條件穩(wěn)定時(shí)域有限差分法的兼

5、容性，我們比較了提出算法同準(zhǔn)確解的結(jié)果。
　　 5.應(yīng)用時(shí)域有限差分法，我們研究了在光纖末端具有棋盤狀微結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼探測(cè)器。覆蓋在微結(jié)構(gòu)光纖端面金屬上的表面等離子體可以被有效地激發(fā)，并且可以得到強(qiáng)烈的局域電場(chǎng)增強(qiáng)。對(duì)激發(fā)光偏振影響的研究表明，局域場(chǎng)增強(qiáng)因子對(duì)激發(fā)光偏振具有很強(qiáng)的依靠性，但是偏振效應(yīng)對(duì)等離子體諧振波長(zhǎng)幾乎沒(méi)有影響。
　　 6.我們提出了兩種由亞波長(zhǎng)小孔構(gòu)成的MMs周期性結(jié)構(gòu)一單側(cè)雙孔MM和雙側(cè)雙孔MM