發(fā)布時(shí)間：2021-08-31 08:58

　　在過(guò)去的十幾年里,拓?fù)淠軒Ю碚摰陌l(fā)展為電磁波的操控提供了新的有效的方法。利用光子晶體、人工表面等離激元晶體等人造晶體結(jié)構(gòu),觀測(cè)到了一系列有趣的光學(xué)拓?fù)洮F(xiàn)象,如受拓?fù)浔Ｗo(hù)的界面態(tài)、體態(tài)的選擇性激發(fā)、光學(xué)外爾點(diǎn)等。這些有趣的拓?fù)洮F(xiàn)象對(duì)通訊、光學(xué)器件、量子計(jì)算等領(lǐng)域?qū)?huì)產(chǎn)生重大的意義。然而,對(duì)于這類人造晶體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),其電磁響應(yīng)特性在設(shè)計(jì)加工的過(guò)程中已經(jīng)被固定,無(wú)法改變,因此在一定程度上限制了其潛在的應(yīng)用�；诖�,本文通過(guò)引進(jìn)向列型液晶作為所設(shè)計(jì)拓?fù)淙嗽炀w結(jié)構(gòu)的組成材料,在外部作用的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)相關(guān)拓?fù)洮F(xiàn)象的可調(diào)控特性。具體內(nèi)容如下:1)本文提出了一種太赫茲波段的雙金屬層人工表面等離激元晶體結(jié)構(gòu),通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了其中非平庸拓?fù)涔葢B(tài)的存在,首次在此類結(jié)構(gòu)中觀測(cè)到了明顯的手性鎖定的體谷態(tài)選擇性激發(fā)。利用人工表面等離激元的折射率敏感特性,并結(jié)合液晶的電致折射率可變屬性,實(shí)現(xiàn)了可切換的體態(tài)激發(fā)以及寬帶無(wú)手性響應(yīng)的抗散射谷投影邊界態(tài)傳輸。并將可切換的體態(tài)激發(fā)與谷投影邊界態(tài)結(jié)合設(shè)計(jì)了一種可切換能量耦合器,耦合效率超過(guò)75%。2)本文提出了一種太赫茲波段的以液晶為成分之一的一維光子晶體結(jié)構(gòu),利用兩個(gè)幾何參... 

【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：69 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光子晶體分類示意圖[44]

性實(shí)現(xiàn)光量子霍爾效應(yīng)[1,2]，這一結(jié)論開創(chuàng)了拓?fù)涔庾訉W(xué)的先河。目前，研究者已經(jīng)設(shè)計(jì)了許多光學(xué)系統(tǒng)來(lái)開展拓?fù)涔庾訉W(xué)的相關(guān)研究[3-5]。其中光子晶體作為一種重要的光學(xué)系統(tǒng)，在一維、二維以及三維光子晶體中都有涉及拓?fù)淅碚摰难芯�。在一維體系中，最具代表性的是SSH模型[66]，2009年開始光子體系中與SSH模型相關(guān)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)[67]。2014年，港科大肖夢(mèng)等人建立了一維光子晶體體能帶扎克相位（Zakphase）與其表面阻抗之間的關(guān)系，指出界面態(tài)存在的條件[22]，并由南京大學(xué)劉輝課題組通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[68]，如圖1.4（a）所示。圖1.3根據(jù)虧格數(shù)目對(duì)物體進(jìn)行的拓?fù)浞诸怺3]。Figure1.3.Thetopologicalclassificationofobjectsaccordingtonumbersofgenus.在三維體系中，外爾半金屬（Weylsemimetals）是當(dāng)前拓?fù)湮锢韺W(xué)追尋的熱點(diǎn)[62]，它的光學(xué)類比物——外爾光子晶體（Weylphotoniccrystals）目前也取得了豐碩的成果。外爾光子晶體是指在三維動(dòng)量空間中存在外爾點(diǎn)（Weylpoints）的光子晶體。外爾點(diǎn)定義為三維動(dòng)量空間中兩條能帶的線性簡(jiǎn)并點(diǎn)，其量子態(tài)的行為可用Weyl方程描述。2013年，陸凌等人提出在打破時(shí)間反演對(duì)稱或空間反演對(duì)稱的雙螺旋二十四面體光子晶體中可以產(chǎn)生外爾點(diǎn)[21]，后被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[69]，并于2017年提出了外爾光子晶體體系中的電磁散射定律[70]，如圖1.4（b）所示。2016年，香港科技大學(xué)C.T.Chan等人在雙層手性耦合光子晶體中實(shí)現(xiàn)拓?fù)浜纱笥?的外爾點(diǎn)，并且首次在三維體系中觀察到了抗散射的表面態(tài)傳輸[23]，如圖1.4（c）所示。次年，他們又在如圖1.4（d）所示的手性堆疊woodpile光子晶體中實(shí)現(xiàn)了相同的現(xiàn)象，因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以大大促進(jìn)了外爾點(diǎn)的研究[71]。2018年，S.Zhang等人在具有D2d點(diǎn)群對(duì)稱的金屬馬鞍形光子晶體中實(shí)現(xiàn)了理想外爾點(diǎn)[7

第一章緒論6為拓?fù)淦骷陌l(fā)展提供了可能的平臺(tái)，如圖1.4（e）所示。2019年，S.Zhang等人再次利用金屬馬鞍形結(jié)構(gòu)，在外爾點(diǎn)的基礎(chǔ)上通過(guò)構(gòu)造規(guī)范場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了有單向傳輸?shù)牧慵?jí)手性朗道能級(jí)[73]。同年，他們還通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到了磁性半導(dǎo)體中打破時(shí)間反演對(duì)稱性的光學(xué)外爾點(diǎn)[74]。在三維光子晶體中，除了實(shí)現(xiàn)外爾點(diǎn)之外，還有許多其它有趣的研究，如三維狄拉克點(diǎn)（Diracpoints）[75]、節(jié)線型光子晶體（nodal-linePCs）[76]、三維拓?fù)浣^緣體[77]等.圖1.4（a）一維光子晶體中的拓?fù)鋄80,81]以及（b）-（e）實(shí)現(xiàn)外爾點(diǎn)的三維光子晶體[82-86]。Figure1.4.(a)Thetopologyinone-dimensionalphotoniccrystal.(b)-(e)Three-dimensionalphotoniccrystalsforrealizingWeylpoints.對(duì)于二維體系來(lái)說(shuō)，它們比一維體系擁有更豐富的可調(diào)控物理量，比三維體系更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，易于加工制作。而且，凝聚態(tài)物理中的量子霍爾效應(yīng)、量子自旋霍爾效應(yīng)、量子谷霍爾效應(yīng)都是在二維體系中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象�；诖�，在二維光學(xué)系統(tǒng)中相應(yīng)的也能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)量子霍爾效應(yīng)（photonicsQHE）、光學(xué)量子自旋霍爾效應(yīng)（photonicQSHE）以及光學(xué)量子谷霍爾效應(yīng)（photonicsQVHE）。2008年，Haldane和Raghu提出使用具有法拉第效應(yīng)的磁性材料構(gòu)成蜂窩狀光子晶體，通過(guò)打破時(shí)間反演對(duì)稱性實(shí)現(xiàn)光學(xué)量子霍爾效應(yīng)[1]。同年，Z.Wang等人提出可

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]一維光子晶體中拓?fù)淞考捌浣缑鎽B(tài)的研究[D]. 王強(qiáng).南京大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3374610