本文關(guān)鍵詞：準(zhǔn)周期一維光子晶體倍頻特性研究

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【摘要】：光子晶體作為一種新興人造晶體材料,因其具有光子禁帶、光子局域化等特性受到廣泛關(guān)注,尤其是在非線性光學(xué)領(lǐng)域,可提高光學(xué)頻率變換的轉(zhuǎn)換效率,因而進(jìn)一步研究非線性光子晶體的倍頻特性具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文以一維光子晶體的倍頻特性為研究對象。首先對光子晶體的發(fā)展背景及國內(nèi)外理論研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述,比較幾種理論研究方法的優(yōu)劣,詳細(xì)分析了傳輸矩陣法和Shooting法,并對周期和準(zhǔn)周期一維光子晶體的透射率、有效折射率等光學(xué)特性進(jìn)行了研究;其次,以經(jīng)典電磁理論為基礎(chǔ),從二階波動(dòng)方程出發(fā),推導(dǎo)了一階嚴(yán)格倍頻耦合波方程,并采用傳輸矩陣法,得到了小信號倍頻下基頻與倍頻光場的嚴(yán)格解析表達(dá)式,又與Shooting法相結(jié)合,得到大信號倍頻的計(jì)算模型,利用以上模型分別在小信號和大信號倍頻情況下,對周期一維光子晶體的倍頻過程進(jìn)行了模擬,發(fā)現(xiàn)光子晶體倍頻轉(zhuǎn)換效率明顯高于塊狀晶體,而且該模型計(jì)算速度優(yōu)于傳統(tǒng)理論模型;再次,通過引入替換型缺陷調(diào)整晶體結(jié)構(gòu),計(jì)算準(zhǔn)周期一維光子晶體在小信號和大信號情況下的倍頻結(jié)果,其轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于周期一維光子晶體,優(yōu)化了周期光子晶體中出現(xiàn)迭代不收斂的問題;最后,通過計(jì)算相位匹配和群速度匹配方程,得到了同時(shí)滿足兩種匹配條件的約束特性曲線,發(fā)現(xiàn)晶體層厚存在多重解的現(xiàn)象,并可通過調(diào)整晶體材料折射率比補(bǔ)償非線性層基頻光與倍頻光的失配,基于限制條件,利用頻率離散化的方法,對超短脈沖在準(zhǔn)周期一維光子晶體中的傳輸和倍頻進(jìn)行模擬分析,得到出射脈沖。
【關(guān)鍵詞】：光子晶體 倍頻 傳輸矩陣法 準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O734
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 傳輸矩陣法研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 其他方法研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 光子晶體倍頻的基本理論16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 光子晶體簡介16-19
• 2.2.1 光子晶體的基本概念及分類16-17
• 2.2.2 光子晶體的主要特性及應(yīng)用17-19
• 2.3 光子晶體倍頻的研究方法19-25
• 2.3.1 幾種常見的研究方法19-20
• 2.3.2 傳輸矩陣法20-24
• 2.3.3 Shooting法24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 光子晶體倍頻的模型建立26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 嚴(yán)格倍頻耦合波方程模型26-29
• 3.3 周期與準(zhǔn)周期光子晶體光學(xué)特性研究29-34
• 3.3.1 透射率曲線29-32
• 3.3.2 有效折射率32-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第4章 光子晶體中單色光倍頻模擬35-46
• 4.1 引言35
• 4.2 周期光子晶體單色光倍頻35-41
• 4.2.1 小信號倍頻35-38
• 4.2.2 大信號倍頻38-41
• 4.3 準(zhǔn)周期光子晶體單色光倍頻41-45
• 4.3.1 小信號倍頻41-44
• 4.3.2 大信號倍頻44-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第5章 光子晶體中超短脈沖倍頻模擬46-58
• 5.1 引言46
• 5.2 光子晶體倍頻中的相位匹配與群速度匹配46-53
• 5.2.1 相位匹配與群速度匹配的計(jì)算46-48
• 5.2.2 相位匹配與群速度匹配的限制條件48-51
• 5.2.3 脈沖色散對限制條件的影響51-53
• 5.3 脈沖離散化計(jì)算53-54
• 5.4 準(zhǔn)周期光子晶體中超短脈沖計(jì)算54-57
• 5.4.1 超短脈沖傳輸過程模擬54-55
• 5.4.2 超短脈沖倍頻過程模擬55-57
• 5.5 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64-65
• 致謝65

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本文編號：951189