含特異材料光子晶體中的非線性效應研究

《含特異材料光子晶體中的非線性效應研究》是依託華南師範大學，由尹承平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：含特異材料光子晶體中的非線性效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：尹承平
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

本項目將波動光學與非線性光學相結合，利用非線性傳輸矩陣法和時域有限差分法來研究含特異材料的光子晶體中的非線性效應。研究的內容主要包括：在光子晶體中引入非線性特異材料（非線性雙負材料和非線性單負材料），考察含非線性雙負材料的光子晶體中的飽和雙穩態、限幅效應和非線性表面模式；探討含非線性單負材料的光子晶體中的二次諧波、零有效相位帶隙孤子以及古斯-漢欣位移；並利用時域有限差分方法求解麥克斯韋-布洛赫方程，模擬一維、二維和三維電磁脈衝在含非線性特異材料的光子晶體的傳輸行為和時空演化規律，研究結果將為設計新型光子器件（如光子邏輯器件、光子限幅器和光延遲線）提供設計思路。本項目的研究內容，不僅是當前國際物理學和光子學研究的最前沿課題之一，而且和光子器件的套用緊密相連，具有重要的基礎研究價值和廣闊的科學套用前景。

結題摘要

特異材料具有新穎的電磁特性，將其引入光子晶體中，具有更加豐富的物理機制和潛在套用。本項目將波動光學與非線性光學相結合，研究含特異材料光子晶體中的光學性質，主要成果如下：(1) 研究了光通過一維共軛磁光光子晶體異質結的磁光性質。結果表明在共軛磁光光子晶體表面中存在一個Tamm態。通過耦合Tamm態，在共軛磁光光子晶體多異質結中可以在波長1.55μｍ處同時實現高透過率和大的法拉第旋轉角； (2) 發現了一維光子晶體耦合微腔獨特的π透射相移特性，該相位特性可用於設計二進制差分相移鍵控調製器等相位器件；（3）研究了橢圓介質柱光子晶體中的超準直效應，基於此效應設計了一個同時具有高透、寬頻以及寬接收角特性的光合波器；(4) 研究了含SiC材料的一維光子晶體微腔的光學特性，研究結果表明該結構在波長λ＝１２．６μｍ處存在一個全向吸收峰；（5）研究了具有空間非線性調製的非局域介質中的時間勻稱勢中的孤子。結果表明空間調製非線性的係數和非局域程度對孤子的穩定產生極大的影響。在低功率區域存在穩定孤子，在高功率區域孤子不穩定。在不穩定的情形中，孤子從原來的傳輸通道跳躍到其他通道，在其中繼續傳輸，增大調製非線性的係數能擴大孤子穩定存在區域的範圍。最後，得到了時間宇稱格子的相變點，高於這個相變點，孤子不穩定，並且衰減很快；（6）研究了具有空間非線性調製的時間勻稱光子格子中的非局域缺陷孤子。結果表明在半無限帶隙中存在孤子。在低功率區域存在穩定孤子，在高功率區域孤子不穩定。特別的是孤子傳輸的穩定區域可以通過改變在非線性格子中缺陷的參數來調節；（7）在三階-五階復係數Ginburg-Landau系統中，引入環形格子勢，發現在這種系統中存在一類盤狀的耗散孤子。本項目的研究成果將為設計基於光子晶體的新型光子器件和提高空間孤子基通信的通信容量提供理論依據，有望在新型的磁光隔離器、差分移相鍵控調製器、寬角度窄帶全吸收器件、光合波器中得到套用。