石墨烯阵列中表面等离激元晶格孤子研究

发布时间：2021-10-19 05:58

　　在非线性光学领域,空间光孤子是由光的衍射效应与介质的非线性效应相互平衡而形成的一种横向分布保持不变的稳定光束。由于空间光孤子的稳定传播特性,它可以作为一种信号载体,在光通信领域具有广阔的应用前景。空间光孤子的研究和材料科学与技术的发展息息相关。为了实现纳米尺度的空间光孤子,人们基于表面等离激元（surface plasmon polaritons,SPPs）构建了不同的纳米结构。这类结构通常是由金属和非线性介质构成的周期性光学离散系统,也被称为表面等离激元晶格（plasmonic lattice）。表面等离激元是由光在金属表面激发的电子密度起伏与外部光场耦合而形成的一种表面电磁波。它具有很强的光场局域性,能够增强光与物质之间的相互作用,从而降低介质非线性效应的阈值。因此,表面等离激元晶格中的空间光孤子局域性也会提高,其横向尺度可以达到亚波长量级。由于表面等离激元晶格具有周期性,光在这类结构中的传播类似于固体物理中电子在周期性晶格中的运动,因此合理地设计表面等离激元晶格的光子能带可以有效地控制光的衍射,进而调控光孤子的传播。在表面等离激元晶格结构中形成的空间光孤子被称为表面等离激元晶格孤... 

【文章来源】： 王周青 华中科技大学

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

(a)光在自聚焦效应下的演化过程

虑构建波导阵列的材料具有克尔非线性性质时，其折射率的变化量系为 Δn = n2I。根据非线性折射率系数 n2的符号可以将光学克尔介和自散焦介质两种类型：n2> 0 为自聚焦介质，n2< 0 为自散焦介质，自聚焦介质将产生类似于光学凸透镜的作用，使光束汇聚；而自好相反，将使亮空间光束在传输过程中发散[71]。情况下，横向波速为零的空间离散光孤子可以分为两种[28]：一种是0 的光场模式，它对应第一布里渊区中心；另一种是布洛赫波矢为 K，它对应第一布里渊区的边界。因此，在周期性波导阵列中，我们况来分析空间离散光孤子的形成。 1-3(a)中的第一个带为例，其衍射关系曲线中对应 K = 0 的光场模。当它与自聚焦非线性相互作用并达到平衡时可以形成同相亮孤子liton)。另一方面，在 K = π/D 处光场模式的传播对应反常衍射。它可相互平衡形成反相亮孤子(也被称为交错孤子，staggered soliton)[72]

华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文束(P=2200W)从阵列边界的第一个波导入射时，AlGaAs 波导效应被激发出来，并与光在阵列中的离散衍射相互平衡从而形面等离激元晶格在纳米光子学领域的广泛应用，人们也在这类行了相关研究[82]-[87]。表面等离激元晶格通常是由金属构成的金属的 SPPs 具有很强的光场局域性，在这类结构中形成的晶达到亚波长量级，所需要的入射光功率也相对较低。，叶芳伟等人从理论上提出了一维金属纳米线阵列中的表面等其中金属纳米线放置在均匀的光学克尔非线性介质中。当克尔衍射相互平衡时，光束会在金属阵列中保持横向包络不变稳定等离激元晶格孤子, 如图 1-6(b)所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]表面等离激元——机理、应用与展望[J]. 童廉明,徐红星.  物理. 2012(09)
[2]电孤子信号用于超宽带通信发射脉冲的研究[J]. 孙琳,秦文华,赵建平.  计算机应用. 2009(07)
[3]光诱导光子晶格结构中新型的离散空间光孤子[J]. 陈志刚,许京军,楼慈波.  物理. 2005(01)
[4]奇妙的空间光孤子[J]. 陈志刚.  物理. 2001(12)

博士论文
[1]石墨烯表面等离激元增强吸收及光束调控特性研究[D]. 黄河.华中科技大学 2017
[2]空间光孤子若干问题的研究[D]. 葛丽娟.上海大学 2012
[3]局域共振所致的若干声与振动现象研究[D]. 郁高坤.南京大学 2011
[4]空间光孤子[D]. 王建东.中国科学技术大学 2006



本文编号：3444287