反鐵磁-電介質體系磁光學非線性研究.pdf

1、典型反鐵磁體的共振頻率處于遠紅外到毫米波區(qū)間。此共振頻率位于太赫茲頻段，因此通過實驗和理論研究反鐵磁體的非線性性質是有意義的。人們試圖開發(fā)太赫茲技術用于未來的通信和探測。反鐵磁體的非線性效應比較弱，增強非線性效應對應用來講是非常重要的。二次諧波技術是在沒有對應激光器頻段產(chǎn)生光源的常用方法，也是用實現(xiàn)頻率轉換的方法。很多光學器件的基礎就是光學雙穩(wěn)態(tài)，如光開關，光存儲和光邏輯器件等。反鐵磁非線性效應基于反鐵磁磁矩和電磁波間的偶極相互作用。激

2、發(fā)反鐵磁膜的非線性效應需要很高的光強，而現(xiàn)有的技術很難達到這個要求。在現(xiàn)有光源的基礎上尋找方法提高非線性效應是很有意義的課題。
　　本文建立了關于反鐵磁體的非線性理論并且研究了反鐵磁膜的二次諧波生成和光學雙穩(wěn)態(tài)，主要研究結果或創(chuàng)新點如下:
　　1.根據(jù)典型反鐵磁體(FeF2，MnF2，CoF2等)的磁結構，用雙子格反鐵磁模型，從磁矩動力學方程計算了反鐵磁非線性磁化和磁化率，動力學方程的阻尼為吉伯形式。得到了顯函數(shù)形式的有外場

3、存在時反鐵磁體非線性磁化率，為各種反鐵磁介質的非線性現(xiàn)象研究打下非常重要的基礎。
　　2.研究了Voigt位型下輸入強度一定時增強反鐵磁膜二次諧波的方法。首先，第一個設計結構是反鐵磁膜夾于兩種電介質中間，電磁波傾斜入射時，反鐵磁膜的二次諧波生成。發(fā)現(xiàn)二次諧波生成能流與電介質與入射角度密切相關。輸出二次諧波功率可比裸膜高240倍。
　　3.在Voigt位型下，將反鐵磁膜插入電介質光子晶體中可有更高功率的二次諧波輸出。發(fā)現(xiàn)這種高

4、輸出的物理機制是光的局域化造成的。計算了三種典型的光子晶體結構，對于二次諧波生成最好的結構是含有偶數(shù)個電介質雙層的非對稱結構，二次諧波生成有三個頻帶，最高的生成能流是裸膜的350倍。二次諧波生成具有非倒易性。
　　4.討論了Faraday位型下增強反鐵磁膜二次諧波生成的方法。首先研究了反鐵磁膜的二次諧波生成。橫電波(TE)入射到反鐵磁膜，在四個共振頻率處二次諧波生成效率較高。橫磁波(TM)入射時，只有一個二次諧波生成輸出峰。當兩種

5、波入射波垂直入射時不生成二次諧波。其次，研究了反鐵磁膜插入電介質光子晶體的情況。數(shù)值計算了三種典型結構的二次諧波生成。最好的結構生成二次諧波能流是裸膜的4400倍。確定了最好的結構和層厚度。二次諧波生成的非倒易性非常明顯。
　　5.作為對反鐵磁體三階非線性效應的探索和對三階磁化率的應用計算了反鐵磁裸膜的光學雙穩(wěn)態(tài)。給出了出現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)的判據(jù)，發(fā)現(xiàn)只有在特定的入射角和頻率時才可能出現(xiàn)光學雙穩(wěn)態(tài)。根據(jù)反鐵磁膜厚確定了雙穩(wěn)態(tài)存在的區(qū)域并研究