自從激光器問世以來,非線性光學(xué)在眾多領(lǐng)域獲得了長足的進(jìn)步,并逐漸成為現(xiàn)代光學(xué)的重要組成部分。在眾多非線性光學(xué)效應(yīng)中,三倍頻（Third Harmonic Generation,THG）是較為常見和應(yīng)用廣泛的一員。已有的非線性光學(xué)實(shí)驗(yàn)中,為了提升光與物質(zhì)相互作用強(qiáng)度,需要采用高功率的泵浦激光。另一方面,為了提升THG的轉(zhuǎn)換效率,非線性晶體的尺寸往往較大。近年來,隨著集成光電子器件的發(fā)展,在微納尺寸實(shí)現(xiàn)光學(xué)非線性現(xiàn)象成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。有一類金屬微納結(jié)構(gòu),它借助在介質(zhì)和金屬交界面產(chǎn)生的局域表面等離子體諧振（Local Surface Plasmon Resonance,LSPR）,可以增強(qiáng)局域電磁場進(jìn)而提升光與物質(zhì)相互作用,從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)非線性增強(qiáng)。LSPR的場增強(qiáng)作用可以降低對泵浦光功率的需求,但是金屬材料固有的高吸收損耗與低損傷閾值等缺點(diǎn)限制了THG轉(zhuǎn)化效率的提升。后來人們將目光轉(zhuǎn)向全介質(zhì)微納結(jié)構(gòu),它較金屬材料的光學(xué)吸收損耗降低了數(shù)個量級,同樣具備良好的局域場增強(qiáng)性質(zhì)。如今,人們已經(jīng)使用各種介質(zhì)微納結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了非線性現(xiàn)象的增強(qiáng)。在本篇論文中,我們設(shè)計并制作了一種具有法諾諧振的硅光子晶體平... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)-(e)五種金屬結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖像；(f)-(o)五種結(jié)構(gòu)分別用飛秒激光泵浦得到的THG信號的強(qiáng)度圖像，其中(f)-(j)是在水平偏振的泵浦光下得到的結(jié)果，(k)-(o)是在垂直偏振的泵浦光下得到的結(jié)果；(p)棒、橢圓以及圓盤結(jié)構(gòu)中諧振能量衰減時間與THG強(qiáng)度的關(guān)系圖；(q)棒狀結(jié)構(gòu)在不同的棒寬下測試的THG強(qiáng)度情況

一種 Au/MgF /Au 的三明治結(jié)構(gòu)[27]。在該結(jié)構(gòu)中，電場與磁場相互作用產(chǎn)生了局域電場增強(qiáng)。如圖 1-2(a)與(b)所示，在諧振點(diǎn)處(1556nm)，電場增強(qiáng)分布在介質(zhì)材料MgF 中，這樣可以利用介質(zhì)材料的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮介質(zhì)材性質(zhì)并降低器件的總體損耗。當(dāng)以中心波長為 1556nm 的飛秒激光泵浦混產(chǎn)生了明顯的 THG 增強(qiáng)效應(yīng)，如圖 1-2(d)所示。圖中紅色虛線為泵浦光的實(shí)線為THG的光譜。該結(jié)構(gòu)的成功之處在于充分利用了金屬與介質(zhì)材料的了器件的整體性能。此外，該團(tuán)隊(duì)還利用相似的結(jié)構(gòu)與原理，實(shí)現(xiàn) SHG 這里不再做詳細(xì)介紹。雖然金屬-介質(zhì)混合結(jié)構(gòu)在一定程度上可以降低金屬的缺陷，但是并不能近，研究者們發(fā)現(xiàn)在純介質(zhì)微納結(jié)構(gòu)中也可以實(shí)現(xiàn)電場或者磁場的諧振場增強(qiáng)效應(yīng)。如今人們已經(jīng)在各種介質(zhì)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了 SHG 或者 THG 的增納結(jié)構(gòu)逐漸成為一個熱門的研究方向。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1.2.3 全介質(zhì)微納結(jié)構(gòu)全介質(zhì)微納結(jié)構(gòu)增強(qiáng)非線性效應(yīng)的基本原理和上面提到的金屬微納結(jié)構(gòu)相似，都是通過在局域范圍內(nèi)限制電磁場來增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用，從而達(dá)到提升非線性效率的目的。但是LSPR的場增強(qiáng)區(qū)域主要分布在金屬的表面，而在介質(zhì)材料中，場增強(qiáng)的區(qū)域延伸到材料的內(nèi)部[25]。因此介質(zhì)微納結(jié)構(gòu)可以更有效地利用材料本身的非線性性質(zhì)。在近幾年中，人們先后利用介質(zhì)微納結(jié)構(gòu)的米氏諧振[29]、法諾諧振[30-31]等效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了諧波轉(zhuǎn)化的增強(qiáng)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非線性光學(xué)五十年[J]. 沈元壤.  物理. 2012(02)



本文編號：3535215