《基於人工電磁媒質的三階非線性效應調控機理研究》是依託湖南大學，由唐志祥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於人工電磁媒質的三階非線性效應調控機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：唐志祥
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光子晶體、超材料等人工電磁媒質為更好地改善和拓展雷射頻率轉換、超短雷射脈衝產生、全光信號處理以及超快開關等非線性光學套用提供了全新的技術途徑。本申請項目以光子晶體中的三階非線性效應為例，從人工電磁媒質等效非線性折射率係數的理論估算、數值仿真提取兩方面入手，透過非線性效應增強的表面現象深入研究人工電磁媒質調控非線性效應的物理機理，獲得人工電磁媒質增強非線性效應的有效方法和規律並在此基礎上提出2-3種新型非線性光子器件的完整設計方案和技術路線。
結題摘要
非線性光學效應對於雷射頻率轉換、超短脈衝產生以及全光信號處理和超快光開關等現代光學套用至關重要。項目組以光子晶體中的三階非線性效應為例，首先建立起一種基於自相位調製效應的人工電磁媒質等效三階非線性折射率係數的仿真提取方法。該方法利用時域有限差分法仿真啁啾高斯脈衝在人工電磁媒質（能等效為均勻各向同性介質）中的非線性頻譜展寬或壓縮，通過對比各向同性均勻介質中的理論計算結果，近似估算人工電磁媒質的等效非線性折射率係數。其次，項目組利用該方法對二維光子晶體中的三階非線性效應進行了系統和深入地研究，如研究了光子晶體負折射率頻帶的等效非線性折射率係數，發現將常規自聚焦介質排列成特定光子晶體結構，可以實現基於負折射率的非線性自散焦效應；系統地研究了光子晶體第一導帶的等效非線性折射率係數，並在計及慢光效應和局域場效應的前提下修正等效介質理論，提出一種理論估算等效非線性折射率係數的方法，探索了人工電磁媒質調控非線性效應的機理；利用光子晶體第一導帶TE波和TM波截然不同的場局域效應，實現了一種極化依賴的自聚焦和自散焦效應；利用光子晶體結構色散補償非線性材料色散，實現了一種位相匹配的三次諧波產生，而且這種位相匹配與基頻光的傳播方向和極化狀態無關。此外，為增強表面受激拉曼散射效應，項目組還嘗試根據場局域最佳化設計金屬納米結構的尺寸，大大提高了拉曼信號的檢測靈敏度。本項目的研究成果為人工電磁媒質非線性研究提供了一種可供借鑑的理論估算方法和數值模擬方法，對進一步探索人工電磁媒質非線性效應的調控機理、開發基於人工電磁媒質的非線性光子器件亦有一定參考價值。
