對(duì)于光強(qiáng)很強(qiáng)的激光,例如當(dāng)光波的電場(chǎng)強(qiáng)度可與原子內(nèi)部的庫侖場(chǎng)相比擬時(shí),光與介質(zhì)的相互作用將產(chǎn)生非線性效應(yīng),介質(zhì)的極化強(qiáng)度不僅與電場(chǎng)強(qiáng)度的一次方有關(guān),而且還取決于電場(chǎng)強(qiáng)度的更高冪次項(xiàng),從而導(dǎo)致線性光學(xué)中不明顯的許多新現(xiàn)象。在過去的幾十年里,研究人員致力于尋找新的非線性材料,努力揭示光學(xué)非線性背后的物理機(jī)制。然而,目前的研究仍不足以提供一個(gè)清晰的物理模型來對(duì)非線性的機(jī)制進(jìn)行完整的描述。由于電磁波的磁場(chǎng)較弱以及電子的漂移速率低,由洛倫茲效應(yīng)導(dǎo)致的二階非線性現(xiàn)象往往被忽視。受經(jīng)典的電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力這一物理模型啟發(fā),研究人員建立了基于磁洛倫茲效應(yīng)的二階光學(xué)非線性物理模型。本文設(shè)計(jì)了基于磁洛倫茲力的人工二階非線性超表面,并且優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了人工二階非線性的強(qiáng)度增強(qiáng)、頻率可調(diào)、效率提升。具體內(nèi)容如下:（1）研究了近場(chǎng)亮暗模式耦合對(duì)人工非線性強(qiáng)度的增強(qiáng)。在金屬環(huán)附近提供電偶極模式,可以激發(fā)金屬環(huán)中的暗模式,形成亮暗模式耦合,使近場(chǎng)局域的能量顯著提升。仿真結(jié)果表明,近場(chǎng)電偶極子與金U形諧振環(huán)之間的間隙越小,電偶極子與金U形諧振環(huán)的電磁耦合越強(qiáng),超表面的二次諧波信號(hào)越強(qiáng)。通過合理優(yōu)化,我們最終使二... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于超表面的各類非線性研究舉例Fig.1.1Examplesofvariousnonlinearresearchesbasedonthemetasurfaces

合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)碩士研究生學(xué)位論文4生，效率十分低。另外一些非線性效率不錯(cuò)的非線性材料僅能產(chǎn)生偶次諧波或奇次諧波。這些問題很大程度限制了非線性的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)不依賴于非線性材料的人工非線性，有效解決了當(dāng)前存在的諸多問題，所以完全人工化是非線性發(fā)展的新方向。圖1.2幾種非線性超表面研究舉例Fig.1.2Examplesofvariousnonlinearmetasurfacesresearches1.3本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排本論文主要研究基于超表面洛倫茲效應(yīng)的人工二次諧波的產(chǎn)生與調(diào)控，由經(jīng)典的電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力這一物理模型啟發(fā)，建立電磁耦合的電磁波二階非線性產(chǎn)生物理模型。根據(jù)這一原理我們?cè)O(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)不同能力的非線性超表面。具體章節(jié)安排如下：

合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)碩士研究生學(xué)位論文8圖2.1洛倫茲效應(yīng)和超表面結(jié)構(gòu)示意Fig.2.1SchematicdiagramofLorentzeffectandmetasurfacestructure2.3電導(dǎo)率張量在大多數(shù)情況下，導(dǎo)體周圍的地磁場(chǎng)或電磁波的磁場(chǎng)太弱，一般不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，電導(dǎo)率受到磁場(chǎng)影響產(chǎn)生的變化是可以忽略不計(jì)的。然而,在強(qiáng)磁場(chǎng)存在的情況下,如這里提出的超表面單元中，局域了較強(qiáng)的磁場(chǎng),磁場(chǎng)對(duì)自由電子運(yùn)動(dòng)的影響，是不能被忽視的。這里我們嚴(yán)格定義磁場(chǎng)中金屬棒的電導(dǎo)率，用一個(gè)二階張量來描述。磁場(chǎng)中的金屬棒上自由電子運(yùn)動(dòng)的簡化模型如圖2.2所示。磁場(chǎng)沿z方向周期變化，電場(chǎng)沿x方向周期變化，頻率均為ω。在這種情況下，根據(jù)Drude模型，導(dǎo)體的電流密度為：2dNqqdtmmJEJJB(2.12)可以解出J表達(dá)式為：001i1iEJJB(2.13)這里的σ0=Nq2/(mγ)和μ0=q/(mγ)表示直流電導(dǎo)率和直流漂移率。各向同性遷移率也可以寫成張量形式：00100010001μ(2.14)磁場(chǎng)B的張量形式可以描述為：0000000BBB(2.15)


本文編號(hào)：3390485