光子晶格中光波動力學(xué)行為研究.pdf

1、光子晶格，是由兩種(或兩種以上)不同折射率的材料組成的具有空間周期性的人工設(shè)計和制造的晶體，比如光子晶體，波導(dǎo)陣列等等。由于空間周期性的原因使得體系對光的響應(yīng)完全不同于均勻體材料。譬如光子晶體，光波導(dǎo)陣列，等等。與均勻的光學(xué)媒質(zhì)相比，光子晶格的色散關(guān)系表現(xiàn)為原子晶體類似的能帶結(jié)構(gòu)。原因在于光波在晶格中傳播時要遵從布洛赫定理。廣義上的晶格可以把各種波納入這個體系，比如電子的半導(dǎo)體超晶格，冷原子的光晶格，聲波的聲子晶體等等。
　　第一

2、章，概述光子晶格中兩種研究比較廣泛的體系，光子晶體和光學(xué)波導(dǎo)陣列，以為后面的討論打下基礎(chǔ)。首先簡單介紹了光子晶體概念的產(chǎn)生和一些特性。然后介紹了光波導(dǎo)陣列的發(fā)展歷史，基本概念及與之相關(guān)的一些非線性現(xiàn)象。最后闡明了本論文的主要內(nèi)容。
　　第二章，主要討論光子晶體中光波的布洛赫振蕩和偶極振蕩現(xiàn)象以及如何通過外場來調(diào)制光波動力學(xué)行為。在簡單介紹一維光子晶體的傳輸矩陣方法和能帶的基礎(chǔ)上，主要探討了梯度光子晶體中能帶的傾斜和彎曲，以及由能帶

3、調(diào)制導(dǎo)致的光波在光子晶體內(nèi)的布洛赫振蕩和偶極振蕩現(xiàn)象。通過對具有非線性性質(zhì)的光子晶體施加空間上具有梯度的泵浦光場會導(dǎo)致能帶的空間不均勻，使得光波的傳播受能帶約束而發(fā)生布洛赫振蕩或者偶極振蕩。同時可以通過改變泵浦場的梯度實現(xiàn)對動力學(xué)行為超快調(diào)制。最后我們提出可以通過改變?nèi)肷涔獾念l率來時實現(xiàn)光波的布洛赫振蕩和偶極振蕩的轉(zhuǎn)變，并從物理起源和物理現(xiàn)象上指出了兩者之間的相同點與不同點。
　　第三章，基于光學(xué)波導(dǎo)陣列的分立衍射性質(zhì)我們討論了光

4、波在不均勻分立體系中的傳播。在波導(dǎo)陣列中由于波導(dǎo)之間的耦合作用和分立性質(zhì)，導(dǎo)致了帶隙的產(chǎn)生。對于傳播常數(shù)具有空間上線性梯度的波導(dǎo)陣列，光波的傳播表現(xiàn)為橫向上的布洛赫振蕩。我們研究了單晶格波導(dǎo)陣列中布洛赫振蕩，雙晶格波導(dǎo)陣列中的布洛赫-齊納振蕩。這些都是與傳統(tǒng)的電子布洛赫振蕩對應(yīng)的光學(xué)現(xiàn)象。此外我們通過設(shè)計光波導(dǎo)陣列的布局來調(diào)制其色散關(guān)系并尋找新的光的輸運性質(zhì)。在zigzag字型排布的波導(dǎo)陣列中，由于二階耦合項的增強(qiáng)導(dǎo)致了色散關(guān)系的變化。