准周期一维光子晶体倍频特性研究

发布时间：2017-10-01 00:10

  本文关键词：准周期一维光子晶体倍频特性研究

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【摘要】：光子晶体作为一种新兴人造晶体材料,因其具有光子禁带、光子局域化等特性受到广泛关注,尤其是在非线性光学领域,可提高光学频率变换的转换效率,因而进一步研究非线性光子晶体的倍频特性具有重要的应用价值。本文以一维光子晶体的倍频特性为研究对象。首先对光子晶体的发展背景及国内外理论研究现状进行概述,比较几种理论研究方法的优劣,详细分析了传输矩阵法和Shooting法,并对周期和准周期一维光子晶体的透射率、有效折射率等光学特性进行了研究;其次,以经典电磁理论为基础,从二阶波动方程出发,推导了一阶严格倍频耦合波方程,并采用传输矩阵法,得到了小信号倍频下基频与倍频光场的严格解析表达式,又与Shooting法相结合,得到大信号倍频的计算模型,利用以上模型分别在小信号和大信号倍频情况下,对周期一维光子晶体的倍频过程进行了模拟,发现光子晶体倍频转换效率明显高于块状晶体,而且该模型计算速度优于传统理论模型;再次,通过引入替换型缺陷调整晶体结构,计算准周期一维光子晶体在小信号和大信号情况下的倍频结果,其转换效率远高于周期一维光子晶体,优化了周期光子晶体中出现迭代不收敛的问题;最后,通过计算相位匹配和群速度匹配方程,得到了同时满足两种匹配条件的约束特性曲线,发现晶体层厚存在多重解的现象,并可通过调整晶体材料折射率比补偿非线性层基频光与倍频光的失配,基于限制条件,利用频率离散化的方法,对超短脉冲在准周期一维光子晶体中的传输和倍频进行模拟分析,得到出射脉冲。
【关键词】：光子晶体 倍频 传输矩阵法 准周期结构
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 传输矩阵法研究现状11-13
• 1.2.2 其他方法研究现状13-15
• 1.3 论文主要研究内容15-16
• 第2章 光子晶体倍频的基本理论16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 光子晶体简介16-19
• 2.2.1 光子晶体的基本概念及分类16-17
• 2.2.2 光子晶体的主要特性及应用17-19
• 2.3 光子晶体倍频的研究方法19-25
• 2.3.1 几种常见的研究方法19-20
• 2.3.2 传输矩阵法20-24
• 2.3.3 Shooting法24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 光子晶体倍频的模型建立26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 严格倍频耦合波方程模型26-29
• 3.3 周期与准周期光子晶体光学特性研究29-34
• 3.3.1 透射率曲线29-32
• 3.3.2 有效折射率32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 光子晶体中单色光倍频模拟35-46
• 4.1 引言35
• 4.2 周期光子晶体单色光倍频35-41
• 4.2.1 小信号倍频35-38
• 4.2.2 大信号倍频38-41
• 4.3 准周期光子晶体单色光倍频41-45
• 4.3.1 小信号倍频41-44
• 4.3.2 大信号倍频44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 光子晶体中超短脉冲倍频模拟46-58
• 5.1 引言46
• 5.2 光子晶体倍频中的相位匹配与群速度匹配46-53
• 5.2.1 相位匹配与群速度匹配的计算46-48
• 5.2.2 相位匹配与群速度匹配的限制条件48-51
• 5.2.3 脉冲色散对限制条件的影响51-53
• 5.3 脉冲离散化计算53-54
• 5.4 准周期光子晶体中超短脉冲计算54-57
• 5.4.1 超短脉冲传输过程模拟54-55
• 5.4.2 超短脉冲倍频过程模拟55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-64
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文64-65
• 致谢65

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本文编号：951189