由不同材料组成的一维光子晶体的线性和非线性光学特性

论文摘要

光子晶体自从被提出以来,就被认为是新一代光电子信息技术发展的重要材料。周期性的光子晶体凭借其对电磁波的调控能力已经被应用于制备许多高性能光子器件。调节周期性光子晶体的结构与参数,使得光子晶体与背景材料之间实现完美的阻抗匹配,那么光波在介质中的传播,就会实现无损耗的完美传输。而利用自然界中的天然材料难以实现这一特性,这一特性对于一些对透射性能有要求的器件起着十分重要的作用。光子晶体不仅可以实现光波的完美透射,利用其光子局域的特性,一些对光吸收率非常低的材料,比如石墨烯、二硫化钼等,可以实现对光波的增强吸收与调控。在周期性结构的光子晶体中插入缺陷层,在缺陷处,电磁场因被两边势垒局域而叠加增强,出现光子局域,将低吸收率的材料放置于此处,会极大地加强其与光的相互作用,从而改善其在一些光子器件中的应用。在光计算和光电子信息技术为应用的研究背景下,作为实现全光信号处理关键功能的必要手段——光学双稳态被得到广泛的研究与关注,光子晶体作为操控光子的重要材料,已经被越来越多的用来制备光学双稳态器件。选取合适的激光波长,当光强增大到一定程度时,就会激发光学双稳效应。然而,这些都要求激光在正入射条件下,实现对角度不敏感的光学双稳效应,这对于制备光计算中的一些重要元器件具有重要意义。论文第二章我们分别在理论和实验上研究了由不同透明介质材料组成的对称一维光子晶体的透射特性,在可见光波段,证明可以实现极化不敏感和大角度的近完美宽透明带。完美的透明带归因于光子晶体与背景之间的良好的阻抗匹配,并且该新型的近完美宽透明带与光子晶体的周期数无关。理论和实验结果符合很好。利用该性质,可以用来研制广角宽带完美滤光片。论文第三章主要研究利用光子晶体的光子局域,实现对二维半导体材料吸收率的增强与调控。我们分别设计了三种不同的结构:表面含单层二维半导体材料的一维光子晶体,相比单层石墨烯的光吸收率,实现了接近4倍的增强吸收;缺陷中心含单层二维半导体材料的对称光子晶体,最大吸收率接近0.50;缺陷中心含单层二维半导体材料的非对称光子晶体实现了近完美吸收。利用含二维半导体材料的光子晶体可以促进其在光电子器件中的应用。论文第四章主要研究了在TM偏振条件下,含有双曲超构材料的一维光子晶体与金属激发的无色散塔姆等离子体激元时的光学双稳特性以及传统一维光子晶体的光学双稳特性。对于传统一维光子晶体,随着角度的增加,激发双稳态的临界波长保持了蓝移的特性。然而,利用含有双曲超构材料的一维光子晶体,通过调节合适的参数,实现了在一定角度范围内,激发双稳态的临界波长、临界阈值均保持不变。对于制备新型角度不敏感的全光开关等具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 二维半导体材料和双曲超构材料简介
•     1.2.1 二维半导体材料简介
•     1.2.2 双曲超构材料简介
•   1.3 光子晶体的光学特性研究进展
•     1.3.1 光子晶体简介
•     1.3.2 含二维半导体材料的光子晶体的吸收特性的研究进展
•     1.3.3 含双曲超构材料的光子晶体的光学特性的研究进展
•   1.4 非线性光学效应简介
•   1.5 计算方法
•   1.6 本文的工作
•   参考文献
• 第2章 全介质光子晶体的大角度宽带透明的光学特性
•   2.1 引言
•   2.2 极化不敏感和大角度的宽透明带的理论研究
•   2.3 极化不敏感和大角度的宽透明带的实验研究
•   2.4 结论
•   参考文献
• 第3章 含单层二维半导体材料的光子晶体的可调吸收特性
•   3.1 引言
•   3.2 表面含单层二维半导体材料的光子晶体的吸收特性
•   3.3 缺陷中心含单层二维半导体材料的光子晶体的吸收特性
•     3.3.1 缺陷中心含单层二维半导体材料的对称光子晶体的吸收特性
•     3.3.2 缺陷中心含单层二维半导体材料的非对称光子晶体的吸收特性
•   3.4 本章小结
•   参考文献
• 第4章 含双曲超构材料光子晶体的非线性光学效应
•   4.1 引言
•   4.2 角度对激发传统光子晶体中的光学双稳态的影响
•   4.3 角度对激发含双曲超构材料的光子晶体中的光学双稳态的影响
•   4.4 本章小结
•   参考文献
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 个人简历
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈超鑫

导师: 杜桂强

关键词: 光子晶体,二维半导体材料,双曲超构材料,光学双稳态

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 山东大学

分类号: O734

总页数: 69

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