非线性光子晶体与杂化表面等离激元的理论研究

• 作 者: 李锐
• 机 构: 南京大学
• 出 处: 南京大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 非线性光子晶体 二次谐波产生 杂化 表面等离激元 晶体缺陷

该博士论文从理论上研究了两种可实现光子集成结构中光波传播的性质。其一、研究了一维缺陷二阶非线性光子晶体中的二次谐波产生；其二、在各向异性介电材料与金属界面传播的杂化表面等离激元。　　
将基波与二次谐波同时局域在一维光子晶体的单缺陷中,目的是为了设计出能够在低输入条件下得到高转换效率且具有近完全前向输出特性的一维非线性光子晶体。本文将该单缺陷光子晶体等效为一个Fabry-Perot腔(F-P腔),研究其参数与二次谐波输出特性的关系。发现:(1)单缺陷光子晶体中存在腔位相失配因子;(2)两侧等效反射镜的基波(谐波)反射率决定了微腔所能输出的最高效率(二次谐波输出的单向性);(3)提出了谐波输出同时满足高效率与良好的单向性的条件。最后设计了一个非对称单缺陷双局域二阶非线性光子晶体,在较低的功率下得到了高的转换效率与良好的前向输出特性。　　
研究了双缺陷双局域的一维二阶非线性光子晶体,基波与谐波分别局域在不同的缺陷中。能够在较低的入射功率下得到高的转换效率与近百分百的前向输出。由于有两个缺陷,在设计上能提供更大自由度。　　
发现了各向异性介电材料与金属形成的界面能够支持表面等离激元的杂化,并以光轴平行于界面的单轴晶体为例,研究了杂化表面等离激元的形成。这种杂化表面等离激元区别与普通的表面等离激元,有着特殊的性质,比如:(1)界面两侧共存在四种消逝波;(2)杂化表面等离激元并不能在任何方位角存在,其有两种临界角;(3)通过对两种临界角的分类讨论,发现只有六种情况(正单轴四种,负单轴两种)能够支持杂化表面等离激元的存在;(4)这种杂化表面等离激元的激发与色散都有其特殊的性质。