基于超表面洛伦兹效应的人工二次谐波产生调控基理研究

发布时间：2021-09-08 08:43

　　对于光强很强的激光,例如当光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟时,光与介质的相互作用将产生非线性效应,介质的极化强度不仅与电场强度的一次方有关,而且还取决于电场强度的更高幂次项,从而导致线性光学中不明显的许多新现象。在过去的几十年里,研究人员致力于寻找新的非线性材料,努力揭示光学非线性背后的物理机制。然而,目前的研究仍不足以提供一个清晰的物理模型来对非线性的机制进行完整的描述。由于电磁波的磁场较弱以及电子的漂移速率低,由洛伦兹效应导致的二阶非线性现象往往被忽视。受经典的电子在磁场中运动受洛伦兹力这一物理模型启发,研究人员建立了基于磁洛伦兹效应的二阶光学非线性物理模型。本文设计了基于磁洛伦兹力的人工二阶非线性超表面,并且优化设计实现了人工二阶非线性的强度增强、频率可调、效率提升。具体内容如下:（1）研究了近场亮暗模式耦合对人工非线性强度的增强。在金属环附近提供电偶极模式,可以激发金属环中的暗模式,形成亮暗模式耦合,使近场局域的能量显著提升。仿真结果表明,近场电偶极子与金U形谐振环之间的间隙越小,电偶极子与金U形谐振环的电磁耦合越强,超表面的二次谐波信号越强。通过合理优化,我们最终使二... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于超表面的各类非线性研究举例Fig.1.1Examplesofvariousnonlinearresearchesbasedonthemetasurfaces

合肥工业大学学术硕士研究生学位论文4生，效率十分低。另外一些非线性效率不错的非线性材料仅能产生偶次谐波或奇次谐波。这些问题很大程度限制了非线性的应用。实现不依赖于非线性材料的人工非线性，有效解决了当前存在的诸多问题，所以完全人工化是非线性发展的新方向。图1.2几种非线性超表面研究举例Fig.1.2Examplesofvariousnonlinearmetasurfacesresearches1.3本文的主要内容及章节安排本论文主要研究基于超表面洛伦兹效应的人工二次谐波的产生与调控，由经典的电子在磁场中运动受洛伦兹力这一物理模型启发，建立电磁耦合的电磁波二阶非线性产生物理模型。根据这一原理我们设计了实现不同能力的非线性超表面。具体章节安排如下：

合肥工业大学学术硕士研究生学位论文8图2.1洛伦兹效应和超表面结构示意Fig.2.1SchematicdiagramofLorentzeffectandmetasurfacestructure2.3电导率张量在大多数情况下，导体周围的地磁场或电磁波的磁场太弱，一般不会产生明显的影响，电导率受到磁场影响产生的变化是可以忽略不计的。然而,在强磁场存在的情况下,如这里提出的超表面单元中，局域了较强的磁场,磁场对自由电子运动的影响，是不能被忽视的。这里我们严格定义磁场中金属棒的电导率，用一个二阶张量来描述。磁场中的金属棒上自由电子运动的简化模型如图2.2所示。磁场沿z方向周期变化，电场沿x方向周期变化，频率均为ω。在这种情况下，根据Drude模型，导体的电流密度为：2dNqqdtmmJEJJB(2.12)可以解出J表达式为：001i1iEJJB(2.13)这里的σ0=Nq2/(mγ)和μ0=q/(mγ)表示直流电导率和直流漂移率。各向同性迁移率也可以写成张量形式：00100010001μ(2.14)磁场B的张量形式可以描述为：0000000BBB(2.15)


本文编号：3390485