法诺谐振硅光子晶体平板的光学非线性研究

发布时间：2021-12-11 18:56

　　自从激光器问世以来,非线性光学在众多领域获得了长足的进步,并逐渐成为现代光学的重要组成部分。在众多非线性光学效应中,三倍频（Third Harmonic Generation,THG）是较为常见和应用广泛的一员。已有的非线性光学实验中,为了提升光与物质相互作用强度,需要采用高功率的泵浦激光。另一方面,为了提升THG的转换效率,非线性晶体的尺寸往往较大。近年来,随着集成光电子器件的发展,在微纳尺寸实现光学非线性现象成为了人们关注的焦点。有一类金属微纳结构,它借助在介质和金属交界面产生的局域表面等离子体谐振（Local Surface Plasmon Resonance,LSPR）,可以增强局域电磁场进而提升光与物质相互作用,从而实现光学非线性增强。LSPR的场增强作用可以降低对泵浦光功率的需求,但是金属材料固有的高吸收损耗与低损伤阈值等缺点限制了THG转化效率的提升。后来人们将目光转向全介质微纳结构,它较金属材料的光学吸收损耗降低了数个量级,同样具备良好的局域场增强性质。如今,人们已经使用各种介质微纳结构实现了非线性现象的增强。在本篇论文中,我们设计并制作了一种具有法诺谐振的硅光子晶体平... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

(a)-(e)五种金属结构的扫描电子显微镜图像；(f)-(o)五种结构分别用飞秒激光泵浦得到的THG信号的强度图像，其中(f)-(j)是在水平偏振的泵浦光下得到的结果，(k)-(o)是在垂直偏振的泵浦光下得到的结果；(p)棒、椭圆以及圆盘结构中谐振能量衰减时间与THG强度的关系图；(q)棒状结构在不同的棒宽下测试的THG强度情况

一种 Au/MgF /Au 的三明治结构[27]。在该结构中，电场与磁场相互作用产生了局域电场增强。如图 1-2(a)与(b)所示，在谐振点处(1556nm)，电场增强分布在介质材料MgF 中，这样可以利用介质材料的优点，充分发挥介质材性质并降低器件的总体损耗。当以中心波长为 1556nm 的飞秒激光泵浦混产生了明显的 THG 增强效应，如图 1-2(d)所示。图中红色虚线为泵浦光的实线为THG的光谱。该结构的成功之处在于充分利用了金属与介质材料的了器件的整体性能。此外，该团队还利用相似的结构与原理，实现 SHG 这里不再做详细介绍。虽然金属-介质混合结构在一定程度上可以降低金属的缺陷，但是并不能近，研究者们发现在纯介质微纳结构中也可以实现电场或者磁场的谐振场增强效应。如今人们已经在各种介质结构中实现了 SHG 或者 THG 的增纳结构逐渐成为一个热门的研究方向。

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1.2.3 全介质微纳结构全介质微纳结构增强非线性效应的基本原理和上面提到的金属微纳结构相似，都是通过在局域范围内限制电磁场来增强光与物质相互作用，从而达到提升非线性效率的目的。但是LSPR的场增强区域主要分布在金属的表面，而在介质材料中，场增强的区域延伸到材料的内部[25]。因此介质微纳结构可以更有效地利用材料本身的非线性性质。在近几年中，人们先后利用介质微纳结构的米氏谐振[29]、法诺谐振[30-31]等效应实现了谐波转化的增强。

【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性光学五十年[J]. 沈元壤.  物理. 2012(02)



本文编号：3535215