近年來,人工微結(jié)構(gòu)材料的設計、制備及其性能吸引了物理學和化學等基礎領域研究人員的關注,也成為當前材料科學、信息科學、能源科學和生命科學及其交叉領域的研究熱點。隨著納米微加工與表征技術的發(fā)展,近三十年來大量人工微結(jié)構(gòu)材料被設計并制備出來,例如光子晶體、光學超構(gòu)材料等。由于人工材料的電磁參數(shù)在空間的周期性分布,使得電磁波在這些人工微結(jié)構(gòu)材料中的傳播展現(xiàn)出許多新奇現(xiàn)象和物理特性。人們通過對這些周期結(jié)構(gòu)材料中電磁波傳播的色散關系和能帶特性加以調(diào)控、剪裁和利用,能夠像在晶體中控制電子那樣來控制電磁波的狀態(tài),并實現(xiàn)了一系列包括波導、諧振腔、光調(diào)制器等優(yōu)于傳統(tǒng)器件的高性能光子器件,也預見并實驗證實了一些諸如負折射、零折射和超聚焦等超常規(guī)的光學效應。這些研究成果為人們操縱光子,實現(xiàn)可控的光與物質(zhì)相互作用提供了新的思路和機遇。通常光學微結(jié)構(gòu)是指在均勻的光學材料中引入折射率的人工調(diào)制和變化,讓光的激發(fā)和傳播特性發(fā)生改變的人工材料。最典型的結(jié)構(gòu)包括波導陣列、光子晶體及其衍生的光學微腔。本論文主要圍繞波導陣列以及光子晶體諧振腔在內(nèi)的幾種光子晶格,通過引入非厄米耦合及介電常數(shù)在空間和時間上的調(diào)制等,從理論解析和... 

【文章來源】：南京大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－３?（ａ）光子晶體諧振腔激射，引自文獻［３］：?（ｂ）光子晶體光纖，引自文獻［４］：?（ｃ）??平板光子晶體中束縛態(tài)

??除了利用光子晶體的禁帶或者缺陷模式對光進行約束，Ｃｈｉａ?Ｗｅｉ?Ｈｓｕ等人利??用束縛態(tài)（Ｂｏｕｎｄ?Ｓｔａｔｅ）在完美平板光子晶體中實現(xiàn)了光的局域，如圖１－３?（ｃ）中所??示。他們通過理論以及實驗表明，即使在平板光子晶體上下的介質(zhì)中允許出射波??（輻射）存在，一定頻率的光以特定波矢條件入射時，可以完全被限制在平板光??子晶體中［６，７］。我們知道，全反射的條件是電磁波在介質(zhì)中具有更大的波矢。換??言之，波函數(shù)是否束縛在波導內(nèi)取決于其本征頻率在色散圖中的位置。通常情況??下，如果電磁波的頻率位于輻射波的最低頻率以下，則電磁波被束縛在腔體內(nèi)部??傳播；反過來，如果處在輻射頻率，也就是所謂的“輻射連續(xù)域”內(nèi)，電磁波是??向外輻射的。束縛態(tài)位于輻射連續(xù)域中，但是能量卻沒有對外輻射，而是像波導??模式一樣嚴格地被束縛在腔體內(nèi)傳播。這種不滿足全內(nèi)反射條件卻沒有輻射場的??奇異性質(zhì)引起了人們的研究興趣

本征態(tài)發(fā)生簡并。??⑷??圖１－４光子系統(tǒng)中的ＰＴ對稱以及相位轉(zhuǎn)變。（ａ）?ＰＴ對稱情況下，雙波導系統(tǒng)光場分??布；（ｂ）ＰＴ破缺情況下，雙波導系統(tǒng)光場分布。引自文獻［７３］??現(xiàn)今的光學系統(tǒng)中可以具有增益或損耗，因此通常會出現(xiàn)復數(shù)的傳播常數(shù)。??但ＰＴ對稱系統(tǒng)的能譜表明，即使存在增益或損耗，也可以實現(xiàn)具有能量守恒特??性的傳播，這種現(xiàn)象發(fā)生在系統(tǒng)形成一個單一的ＰＴ對稱超模式的情況下。例如，??在具有增益和損耗的雙波導系統(tǒng)中（一個波導具有增益性質(zhì)，另一個具有損耗性??６??

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3345384