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文檔簡介
1、超穎材料(或超材料),本世紀新出現(xiàn)的人工材料,其設計理念不同于以往任何人造材料,自其出現(xiàn)起即改變了人們對于光學材料的一貫認識。不同于其他任何材料,電磁能量在超材料中與電子相耦合并以等離子體激元的形式存在,這種特殊元激發(fā)的出現(xiàn)決定了超材料必將表現(xiàn)出同一般介質不同的光學性質。始于2000年前后負折射率材料的實現(xiàn),至對物體的成功隱身,超材料不斷地給人們帶來驚喜,并為人們提供了優(yōu)越的材料平臺,使人們得以按照需求設計并得到一系列天然物質所不具有的
2、性質,逐漸擺脫“萬物天成”的傳統(tǒng)觀念。超材料表面等離子體激元的產生使光場能量局域于亞波長的空間尺度內,提高電磁能量密度,增強電磁場與物質間的相互作用,進而可縮短光與物質相互作用所需的距離,利于實現(xiàn)光學元件的小型化、集成化。
本論文中將介紹表面等離子體電磁場能量的空間局域性對于非對稱裂環(huán)超穎材料三階非線性吸收效應的增強作用。在厚度僅為50 nm的尺度內實現(xiàn)了較低峰值光強(2.3 GW/cm2)飛秒光激勵下40%的透射率調制度
3、,并使用有效非線性局域場增強理論對該超穎材料的非線性性質進行定量解釋。同時使用泵浦探測技術于實驗上分析其時域響應特性,其雙光子瞬態(tài)吸收過程具有100 fs量級的響應速度,為此強非線性超穎材料在實現(xiàn)未來弱光納米尺度太赫茲帶寬信息調制中的應用提供了基礎。
本論文中還將初步討論該非線性超穎材料在實現(xiàn)光開關、光限制、激光鎖模方面的應用。
在此基礎上,于第三章中,將介紹該超穎材料的巨非線性外手性旋光效應。光波的諸多物理
4、參數(shù)中,偏振一直受到人們的廣泛關注。不僅因為其直接聯(lián)系著自旋角動量這一光子的基本物理性質參數(shù),更由于對光波偏振態(tài)的控制在未來量子通信系統(tǒng)中具有極其重要的意義。1979年,Akhmanov于碘酸鋰晶體(LiIO3)中成功觀察到了非線性旋光效應,然而其非線性旋光率甚小(~10-11°·cm/W),限制了其在實際中的應用。結合非對稱裂環(huán)超穎材料的外手性旋光效應及其優(yōu)良的非線性性質,發(fā)現(xiàn)了巨非線性旋光效應,在2 GW/cm2的峰值光強下實現(xiàn)了光
5、波偏振面大于1°的可觀變化,非線性旋光率達到3×10-4°·cm/W,為LiIO3晶體的3000萬倍。該結果為將來實現(xiàn)光波偏振態(tài)的非線性調控,偏振態(tài)相關的開關控制,以及量子通信相關的研究提供了實驗基礎,彌補了人們在實現(xiàn)光子自旋角動量非線性控制方面的空白。
超穎材料的熒光性質將在第四章中進行研究。傳統(tǒng)上,物質的發(fā)光波長,即物質發(fā)光時所顯現(xiàn)的顏色,由材料自身能級結構決定。80年代,半導體超晶格的出現(xiàn)開啟了能帶工程的序幕,為人們
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