色散光子器件中可控超快和超慢光传播
发布时间：2020-08-13 04:56
【摘要】：光速的调控在最近几十年一直是研究热点。能够实现波包或者光脉冲群速度的调控在更深层次理解光与物质的相互作用,及光信号传输方面都有深刻的意义。基于这个研究背景,论文中针对不同色散材料中的光学传播特性进行了研究,讨论介质材料本身及系统结构对脉冲传播特性的影响。本文具体章节安排如下:第一章介绍了光学系统中响应脉冲调控的研究背景和意义,分别表述了慢光和快光现象的物理机理及研究现状;同时介绍了本文研究中所用到的理论基础及研究方法。第二章介绍了存在于增益薄板结构中的反直觉色散效应。这个效应与传输函数中奇异点在复频率域的位置有关。一般而言,传输函数中的奇异点位于复频率域的下半平面;一旦奇异点移动至上半复频率域,响应脉冲增益谱线中的波峰对应的色散为反常色散,这种对应关系完全不同于传统的克莱默-克罗尼克关系。同时发现反直觉色散效应会引起两个特殊性质:宽带反常色散和可测的哈特曼效应。这章的结果可以用干涉效应和边界条件解释。最后提出两个可实现反直觉色散效应的潜在实验方案。第三章介绍了当表面等离子体激发时受抑全反结构中的反直觉色散效应。这个效应与传输函数中奇异点和零点在复频率域的移动有关。反射函数和透射函数中的奇异点或者是零点可以移动至复频率域的上半平面,此时反射谱线中吸收对应的正常色散,透射谱线中的波峰对应于反常色散。对于实际应用中的金属,系统存在最优间隙厚度和入射角度,这些最优值对应反射函数中零点在复频率域上下平面移动的转换点,并且在最优值前后反射脉冲的色散行为和群延时完全不一样。这章的研究结果对光子系统中光脉冲的调控有着重要意义。第四章介绍了石墨烯组成的层状结构中反射光的传播特性。本章提出在这种层状结构中存在正负群延时之间的可控转换,同时发现了两种可以控制反射光脉冲传播特性的物理机制。这一章的研究结果表明在共振机制和等离子体激发的时候,反射光脉冲的色散行为和群延时量可以通过改变石墨烯的费米能级和温度来调控。本章的结果对于以石墨烯为主的光器件制造有着重要意义。第五章介绍了由狄拉克材料和电介质组成的一维光子晶体中的能带结构。研究发现系统中存在全能通带和特殊通带,两种能带都是由于消逝波和传播模的相互作用引起的。因为相干效应和强色散性,位于特殊带区域中的电磁场强度会在很大程度被放大。这些通带与晶格常数的变化完全没有关系,但是会受振动条件的影响。这一章的结论对于以光子晶体为基础的滤波器设计和慢光传播研究提供了理论基础。第六章对本文的主要工作进行总结,并给出所有研究工作的创新点。最后对未来的科研工作进行展望。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH74
【图文】：
散产生斯托克斯谱线或反斯托克斯谱线。当产生斯托克斯增益共振时，系统产生正常色散逡逑从而实现了慢光传播；当产生反斯托克斯吸收共振时，对应的色散为反常色散从而产生快逡逑光传播，见图１．３所示。２００４年，Ｇａｕｔｈｉｅ教授最先提出可以在光纤中利用受激布里渊散射逡逑实现慢光；随后Ｓｏｎｇ等最先在实验上从千米量级的普通单模光纤中获得了邋Ｈ广３量级的群逡逑５逡逑
逦．ｎ彶一逡逑图１．３基于受激布里渊散射的全光纤延迟线原理图｜２７１。（ａ）频率为＂ｐ的泵浦光从输出口进入光纤中，逡逑若信号光的频率不处于受激布里渊散射作用区，信号脉冲的传播完全不受影响。（Ｗ当信号光逡逑的频率位于受激布里渊散射增益共振区，信号脉冲相比于正常传输的脉冲则会产生延迟，同时逡逑欠人。（ｃ）当信号Q:命里渊散射损耗共k\l逡逑传输的脉冲则会提前出现在输出口，同时产生信号垶减。逡逑内的透射谱线发生剧烈地变化，从而导致共振区附近有效折射率产生陡峭的准线性改变，逡逑最终使共振区的群速度发生改变。除了电磁感应透明技术和相干布居振荡以外，还有一些逡逑非线性效应也可产生慢光效应。它们一般应用于光纤中，通过调节光纤中的增益和耗损来逡逑控制光纤中的群速度。逡逑受激布里渊散射是最常用来调控光纤中脉冲传播的一个非线性效应。它的产生涉及逡逑了两束反向传播的光波：泵浦光即和信号光，两束光相互作用通过电致伸缩效应产生声逡逑光。声光使介质的折射率发生周期性的变化
中发现可以通过温度调节原子密度，从而能够在较大的吸收时获得负的群延时１邋ｗ邋１。Ｇ１邋ａｓｓａ－逡逑等在热铷原予中利用四波混频，诵过改变激光调谐和输入功率的大小来文现．「）（）ｎｓ的脉冲逡逑提前１６１１，如图１．６（ａｌ＾＾＾＾ｊａｆｏｏｒ等崔■：修：毅原子系统中通过反直觉多普Ｉ力效应逡逑和对耦合场强度的调控，在保持脉冲波形不变的前提下，观测到了呈现稳定快光传播的多逡逑个可控透明带宽１Ｍ｜。．丨ｉａｎｇ等在铯原子蒸汽中通过共振四波混频技术同时获得ｆ反射脉冲逡逑和透射脉冲的超快传播１６５１。Ａｒｕ邋ｎ在相干驱动的Ｙ型原子系统中通过量子h牳尚вκ迪至隋义先跆讲獬〉目旃庑вΓ保叮叮薄＃耍瑁幔畹仍诟ㄖ鲆嬖雍徒鹗舻慕唤缑嫔贤ü夂偷缱拥鸟詈襄义贤竦昧丝旃獯ハ窒螅叮玻保缤迹保叮ǎ猓┧尽ｅ义铣嗽酉低惩猓庀低骋部梢圆旃獯洹９庀酥腥郝龀宓骺氐难芯渴且桓鲥义喜豢纱砉娜鹊恪＃玻埃埃的辏樱铮睿绲茸钕壤檬芗げ祭镌ㄉ⑸湓诠庀酥惺迪挚旃庑вΓ㈠义锨姨崆笆奔浯锏侥擅肓考叮玻兀＃茫瑁椋畹仍谔讲夤獾墓β首愎淮蟮那疤嵯录し⒌玫剿雇锌怂瑰义瞎猓佣诠庀说耐干淦紫咧械玫轿辗澹笔迪至诵藕烹喑宓奶崆埃罚ǎ＃模澹睿绲仍阱义细呓追窍咝怨庀酥型ü祭镌す庹竦椿竦昧说退鸷牡目旃獯ィ甭龀逖邮碧崆傲隋义希常叮梗睿螅保罚保薄＃冢瑁幔睿绲仍冢担埃埃沓さ墓庀酥泄鄄獾搅丝旃獯ィ馐悄壳拔故迪值淖畛た旃忮义洗ゾ嗬耄保浚
本文编号：2791552
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH74
【图文】：
散产生斯托克斯谱线或反斯托克斯谱线。当产生斯托克斯增益共振时，系统产生正常色散逡逑从而实现了慢光传播；当产生反斯托克斯吸收共振时，对应的色散为反常色散从而产生快逡逑光传播，见图１．３所示。２００４年，Ｇａｕｔｈｉｅ教授最先提出可以在光纤中利用受激布里渊散射逡逑实现慢光；随后Ｓｏｎｇ等最先在实验上从千米量级的普通单模光纤中获得了邋Ｈ广３量级的群逡逑５逡逑
逦．ｎ彶一逡逑图１．３基于受激布里渊散射的全光纤延迟线原理图｜２７１。（ａ）频率为＂ｐ的泵浦光从输出口进入光纤中，逡逑若信号光的频率不处于受激布里渊散射作用区，信号脉冲的传播完全不受影响。（Ｗ当信号光逡逑的频率位于受激布里渊散射增益共振区，信号脉冲相比于正常传输的脉冲则会产生延迟，同时逡逑欠人。（ｃ）当信号Q:命里渊散射损耗共k\l逡逑传输的脉冲则会提前出现在输出口，同时产生信号垶减。逡逑内的透射谱线发生剧烈地变化，从而导致共振区附近有效折射率产生陡峭的准线性改变，逡逑最终使共振区的群速度发生改变。除了电磁感应透明技术和相干布居振荡以外，还有一些逡逑非线性效应也可产生慢光效应。它们一般应用于光纤中，通过调节光纤中的增益和耗损来逡逑控制光纤中的群速度。逡逑受激布里渊散射是最常用来调控光纤中脉冲传播的一个非线性效应。它的产生涉及逡逑了两束反向传播的光波：泵浦光即和信号光，两束光相互作用通过电致伸缩效应产生声逡逑光。声光使介质的折射率发生周期性的变化
中发现可以通过温度调节原子密度，从而能够在较大的吸收时获得负的群延时１邋ｗ邋１。Ｇ１邋ａｓｓａ－逡逑等在热铷原予中利用四波混频，诵过改变激光调谐和输入功率的大小来文现．「）（）ｎｓ的脉冲逡逑提前１６１１，如图１．６（ａｌ＾＾＾＾ｊａｆｏｏｒ等崔■：修：毅原子系统中通过反直觉多普Ｉ力效应逡逑和对耦合场强度的调控，在保持脉冲波形不变的前提下，观测到了呈现稳定快光传播的多逡逑个可控透明带宽１Ｍ｜。．丨ｉａｎｇ等在铯原子蒸汽中通过共振四波混频技术同时获得ｆ反射脉冲逡逑和透射脉冲的超快传播１６５１。Ａｒｕ邋ｎ在相干驱动的Ｙ型原子系统中通过量子h牳尚вκ迪至隋义先跆讲獬〉目旃庑вΓ保叮叮薄＃耍瑁幔畹仍诟ㄖ鲆嬖雍徒鹗舻慕唤缑嫔贤ü夂偷缱拥鸟詈襄义贤竦昧丝旃獯ハ窒螅叮玻保缤迹保叮ǎ猓┧尽ｅ义铣嗽酉低惩猓庀低骋部梢圆旃獯洹９庀酥腥郝龀宓骺氐难芯渴且桓鲥义喜豢纱砉娜鹊恪＃玻埃埃的辏樱铮睿绲茸钕壤檬芗げ祭镌ㄉ⑸湓诠庀酥惺迪挚旃庑вΓ㈠义锨姨崆笆奔浯锏侥擅肓考叮玻兀＃茫瑁椋畹仍谔讲夤獾墓β首愎淮蟮那疤嵯录し⒌玫剿雇锌怂瑰义瞎猓佣诠庀说耐干淦紫咧械玫轿辗澹笔迪至诵藕烹喑宓奶崆埃罚ǎ＃模澹睿绲仍阱义细呓追窍咝怨庀酥型ü祭镌す庹竦椿竦昧说退鸷牡目旃獯ィ甭龀逖邮碧崆傲隋义希常叮梗睿螅保罚保薄＃冢瑁幔睿绲仍冢担埃埃沓さ墓庀酥泄鄄獾搅丝旃獯ィ馐悄壳拔故迪值淖畛た旃忮义洗ゾ嗬耄保浚
本文编号：2791552
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/2791552.html
