【摘要】：光速的調(diào)控在最近幾十年一直是研究熱點。能夠?qū)崿F(xiàn)波包或者光脈沖群速度的調(diào)控在更深層次理解光與物質(zhì)的相互作用,及光信號傳輸方面都有深刻的意義�；谶@個研究背景,論文中針對不同色散材料中的光學(xué)傳播特性進(jìn)行了研究,討論介質(zhì)材料本身及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對脈沖傳播特性的影響。本文具體章節(jié)安排如下:第一章介紹了光學(xué)系統(tǒng)中響應(yīng)脈沖調(diào)控的研究背景和意義,分別表述了慢光和快光現(xiàn)象的物理機(jī)理及研究現(xiàn)狀;同時介紹了本文研究中所用到的理論基礎(chǔ)及研究方法。第二章介紹了存在于增益薄板結(jié)構(gòu)中的反直覺色散效應(yīng)。這個效應(yīng)與傳輸函數(shù)中奇異點在復(fù)頻率域的位置有關(guān)。一般而言,傳輸函數(shù)中的奇異點位于復(fù)頻率域的下半平面;一旦奇異點移動至上半復(fù)頻率域,響應(yīng)脈沖增益譜線中的波峰對應(yīng)的色散為反常色散,這種對應(yīng)關(guān)系完全不同于傳統(tǒng)的克萊默-克羅尼克關(guān)系。同時發(fā)現(xiàn)反直覺色散效應(yīng)會引起兩個特殊性質(zhì):寬帶反常色散和可測的哈特曼效應(yīng)。這章的結(jié)果可以用干涉效應(yīng)和邊界條件解釋。最后提出兩個可實現(xiàn)反直覺色散效應(yīng)的潛在實驗方案。第三章介紹了當(dāng)表面等離子體激發(fā)時受抑全反結(jié)構(gòu)中的反直覺色散效應(yīng)。這個效應(yīng)與傳輸函數(shù)中奇異點和零點在復(fù)頻率域的移動有關(guān)。反射函數(shù)和透射函數(shù)中的奇異點或者是零點可以移動至復(fù)頻率域的上半平面,此時反射譜線中吸收對應(yīng)的正常色散,透射譜線中的波峰對應(yīng)于反常色散。對于實際應(yīng)用中的金屬,系統(tǒng)存在最優(yōu)間隙厚度和入射角度,這些最優(yōu)值對應(yīng)反射函數(shù)中零點在復(fù)頻率域上下平面移動的轉(zhuǎn)換點,并且在最優(yōu)值前后反射脈沖的色散行為和群延時完全不一樣。這章的研究結(jié)果對光子系統(tǒng)中光脈沖的調(diào)控有著重要意義。第四章介紹了石墨烯組成的層狀結(jié)構(gòu)中反射光的傳播特性。本章提出在這種層狀結(jié)構(gòu)中存在正負(fù)群延時之間的可控轉(zhuǎn)換,同時發(fā)現(xiàn)了兩種可以控制反射光脈沖傳播特性的物理機(jī)制。這一章的研究結(jié)果表明在共振機(jī)制和等離子體激發(fā)的時候,反射光脈沖的色散行為和群延時量可以通過改變石墨烯的費(fèi)米能級和溫度來調(diào)控。本章的結(jié)果對于以石墨烯為主的光器件制造有著重要意義。第五章介紹了由狄拉克材料和電介質(zhì)組成的一維光子晶體中的能帶結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在全能通帶和特殊通帶,兩種能帶都是由于消逝波和傳播模的相互作用引起的。因為相干效應(yīng)和強(qiáng)色散性,位于特殊帶區(qū)域中的電磁場強(qiáng)度會在很大程度被放大。這些通帶與晶格常數(shù)的變化完全沒有關(guān)系,但是會受振動條件的影響。這一章的結(jié)論對于以光子晶體為基礎(chǔ)的濾波器設(shè)計和慢光傳播研究提供了理論基礎(chǔ)。第六章對本文的主要工作進(jìn)行總結(jié),并給出所有研究工作的創(chuàng)新點。最后對未來的科研工作進(jìn)行展望。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH74
【圖文】：

散產(chǎn)生斯托克斯譜線或反斯托克斯譜線。當(dāng)產(chǎn)生斯托克斯增益共振時，系統(tǒng)產(chǎn)生正常色散逡逑從而實現(xiàn)了慢光傳播；當(dāng)產(chǎn)生反斯托克斯吸收共振時，對應(yīng)的色散為反常色散從而產(chǎn)生快逡逑光傳播，見圖１．３所示。２００４年，Ｇａｕｔｈｉｅ教授最先提出可以在光纖中利用受激布里淵散射逡逑實現(xiàn)慢光；隨后Ｓｏｎｇ等最先在實驗上從千米量級的普通單模光纖中獲得了邋Ｈ廣３量級的群逡逑５逡逑

邐．ｎ彶一逡逑圖１．３基于受激布里淵散射的全光纖延遲線原理圖｜２７１。（ａ）頻率為＂ｐ的泵浦光從輸出口進(jìn)入光纖中，逡逑若信號光的頻率不處于受激布里淵散射作用區(qū)，信號脈沖的傳播完全不受影響。（Ｗ當(dāng)信號光逡逑的頻率位于受激布里淵散射增益共振區(qū)，信號脈沖相比于正常傳輸?shù)拿}沖則會產(chǎn)生延遲，同時逡逑欠人。（ｃ）當(dāng)信號Q:命里淵散射損耗共k\l逡逑傳輸?shù)拿}沖則會提前出現(xiàn)在輸出口，同時產(chǎn)生信號垶減。逡逑內(nèi)的透射譜線發(fā)生劇烈地變化，從而導(dǎo)致共振區(qū)附近有效折射率產(chǎn)生陡峭的準(zhǔn)線性改變，逡逑最終使共振區(qū)的群速度發(fā)生改變。除了電磁感應(yīng)透明技術(shù)和相干布居振蕩以外，還有一些逡逑非線性效應(yīng)也可產(chǎn)生慢光效應(yīng)。它們一般應(yīng)用于光纖中，通過調(diào)節(jié)光纖中的增益和耗損來逡逑控制光纖中的群速度。逡逑受激布里淵散射是最常用來調(diào)控光纖中脈沖傳播的一個非線性效應(yīng)。它的產(chǎn)生涉及逡逑了兩束反向傳播的光波：泵浦光即和信號光，兩束光相互作用通過電致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生聲逡逑光。聲光使介質(zhì)的折射率發(fā)生周期性的變化

中發(fā)現(xiàn)可以通過溫度調(diào)節(jié)原子密度，從而能夠在較大的吸收時獲得負(fù)的群延時１邋ｗ邋１。Ｇ１邋ａｓｓａ－逡逑等在熱銣原予中利用四波混頻，誦過改變激光調(diào)諧和輸入功率的大小來文現(xiàn)．「）（）ｎｓ的脈沖逡逑提前１６１１，如圖１．６（ａｌ＾＾＾＾ｊａｆｏｏｒ等崔■：修：毅原子系統(tǒng)中通過反直覺多普Ｉ力效應(yīng)逡逑和對耦合場強(qiáng)度的調(diào)控，在保持脈沖波形不變的前提下，觀測到了呈現(xiàn)穩(wěn)定快光傳播的多逡逑個可控透明帶寬１Ｍ｜。．丨ｉａｎｇ等在銫原子蒸汽中通過共振四波混頻技術(shù)同時獲得ｆ反射脈沖逡逑和透射脈沖的超快傳播１６５１。Ａｒｕ邋ｎ在相干驅(qū)動的Ｙ型原子系統(tǒng)中通過量子h牳尚вκ迪至隋義先跆講獬〉目旃廡вΓ保叮叮薄＃耍瑁幔畹仍詬ㄖ鲆嬖雍徒鶚艫慕喚緱嬪賢ü夂偷繾擁鳥詈襄義賢竦昧絲旃獯ハ窒螅叮玻�，壤_跡保叮ǎ猓┧盡ｅ義銑嗽酉低懲�，全光系万G部梢圓旃獯�。光纤中群慢Z宓骺氐難芯渴且桓鰣義喜豢紗砉娜鵲恪＃玻埃埃的輳櫻錚睿緄茸釹壤檬薌げ祭鐫ㄉ⑸湓詮庀酥惺迪摯旃廡в�，并辶x锨姨崆笆奔浯锏僥擅肓考叮玻兀＃茫瑁椋畹仍諤講夤獾墓β首愎淮蟮那疤嵯錄し⒌玫剿雇鋅慫瑰義瞎�，磦蝤栽忊险f耐干淦紫咧械玫轎輾澹筆迪至誦藕烹喑宓奶崆埃罰ǎ�。Ｄｅｎ＞i仍阱義細(xì)囈追竅咝怨庀酥型ü祭鐫す庹竦椿竦昧說退鷙牡目旃獯ィ甭齔逖郵碧崆傲隋義希常叮梗睿螅保罰保�。Ｚｈａｎ＞i仍冢擔(dān)埃埃沓さ墓庀酥泄鄄獾攪絲旃獯ィ饈悄殼拔故迪值淖畛た旃忮義洗ゾ嗬耄�？�

本文編號：2791552