在非線性光學(xué)領(lǐng)域,空間光孤子是由光的衍射效應(yīng)與介質(zhì)的非線性效應(yīng)相互平衡而形成的一種橫向分布保持不變的穩(wěn)定光束。由于空間光孤子的穩(wěn)定傳播特性,它可以作為一種信號(hào)載體,在光通信領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景�？臻g光孤子的研究和材料科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)納米尺度的空間光孤子,人們基于表面等離激元（surface plasmon polaritons,SPPs）構(gòu)建了不同的納米結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)通常是由金屬和非線性介質(zhì)構(gòu)成的周期性光學(xué)離散系統(tǒng),也被稱為表面等離激元晶格（plasmonic lattice）。表面等離激元是由光在金屬表面激發(fā)的電子密度起伏與外部光場(chǎng)耦合而形成的一種表面電磁波。它具有很強(qiáng)的光場(chǎng)局域性,能夠增強(qiáng)光與物質(zhì)之間的相互作用,從而降低介質(zhì)非線性效應(yīng)的閾值。因此,表面等離激元晶格中的空間光孤子局域性也會(huì)提高,其橫向尺度可以達(dá)到亞波長(zhǎng)量級(jí)。由于表面等離激元晶格具有周期性,光在這類結(jié)構(gòu)中的傳播類似于固體物理中電子在周期性晶格中的運(yùn)動(dòng),因此合理地設(shè)計(jì)表面等離激元晶格的光子能帶可以有效地控制光的衍射,進(jìn)而調(diào)控光孤子的傳播。在表面等離激元晶格結(jié)構(gòu)中形成的空間光孤子被稱為表面等離激元晶格孤... 

【文章來(lái)源】： 王周青 華中科技大學(xué)

【文章頁(yè)數(shù)】：114 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

(a)光在自聚焦效應(yīng)下的演化過(guò)程

慮構(gòu)建波導(dǎo)陣列的材料具有克爾非線性性質(zhì)時(shí)，其折射率的變化量系為 Δn = n2I。根據(jù)非線性折射率系數(shù) n2的符號(hào)可以將光學(xué)克爾介和自散焦介質(zhì)兩種類型：n2> 0 為自聚焦介質(zhì)，n2< 0 為自散焦介質(zhì)，自聚焦介質(zhì)將產(chǎn)生類似于光學(xué)凸透鏡的作用，使光束匯聚；而自好相反，將使亮空間光束在傳輸過(guò)程中發(fā)散[71]。情況下，橫向波速為零的空間離散光孤子可以分為兩種[28]：一種是0 的光場(chǎng)模式，它對(duì)應(yīng)第一布里淵區(qū)中心；另一種是布洛赫波矢為 K，它對(duì)應(yīng)第一布里淵區(qū)的邊界。因此，在周期性波導(dǎo)陣列中，我們況來(lái)分析空間離散光孤子的形成。 1-3(a)中的第一個(gè)帶為例，其衍射關(guān)系曲線中對(duì)應(yīng) K = 0 的光場(chǎng)模。當(dāng)它與自聚焦非線性相互作用并達(dá)到平衡時(shí)可以形成同相亮孤子liton)。另一方面，在 K = π/D 處光場(chǎng)模式的傳播對(duì)應(yīng)反常衍射。它可相互平衡形成反相亮孤子(也被稱為交錯(cuò)孤子，staggered soliton)[72]

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文束(P=2200W)從陣列邊界的第一個(gè)波導(dǎo)入射時(shí)，AlGaAs 波導(dǎo)效應(yīng)被激發(fā)出來(lái)，并與光在陣列中的離散衍射相互平衡從而形面等離激元晶格在納米光子學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們也在這類行了相關(guān)研究[82]-[87]。表面等離激元晶格通常是由金屬構(gòu)成的金屬的 SPPs 具有很強(qiáng)的光場(chǎng)局域性，在這類結(jié)構(gòu)中形成的晶達(dá)到亞波長(zhǎng)量級(jí)，所需要的入射光功率也相對(duì)較低。，葉芳偉等人從理論上提出了一維金屬納米線陣列中的表面等其中金屬納米線放置在均勻的光學(xué)克爾非線性介質(zhì)中。當(dāng)克爾衍射相互平衡時(shí)，光束會(huì)在金屬陣列中保持橫向包絡(luò)不變穩(wěn)定等離激元晶格孤子, 如圖 1-6(b)所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]表面等離激元——機(jī)理、應(yīng)用與展望[J]. 童廉明,徐紅星.  物理. 2012(09)
[2]電孤子信號(hào)用于超寬帶通信發(fā)射脈沖的研究[J]. 孫琳,秦文華,趙建平.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用. 2009(07)
[3]光誘導(dǎo)光子晶格結(jié)構(gòu)中新型的離散空間光孤子[J]. 陳志剛,許京軍,樓慈波.  物理. 2005(01)
[4]奇妙的空間光孤子[J]. 陳志剛.  物理. 2001(12)

博士論文
[1]石墨烯表面等離激元增強(qiáng)吸收及光束調(diào)控特性研究[D]. 黃河.華中科技大學(xué) 2017
[2]空間光孤子若干問(wèn)題的研究[D]. 葛麗娟.上海大學(xué) 2012
[3]局域共振所致的若干聲與振動(dòng)現(xiàn)象研究[D]. 郁高坤.南京大學(xué) 2011
[4]空間光孤子[D]. 王建東.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3444287