周期結(jié)構(gòu)中非線性負(fù)折射的動力學(xué)研究.pdf

1、本論文的研究方向是周期結(jié)構(gòu)中非線性負(fù)折射(Negative Refraction，NR)和孤子效應(yīng)(Soliton Effect/Light Bullet)的動力學(xué)特性研究。主要內(nèi)容包括：(1)周期結(jié)構(gòu)(包含：主動型、主被動型布拉格反射鏡)斜入射的帶隙結(jié)構(gòu)和匹配失配特性；周期結(jié)構(gòu)的透射、反射和吸收光譜特性研究。(2)周期結(jié)構(gòu)中非線性孤子傳播特性，著重研究和數(shù)值模擬脈沖和連續(xù)光在共振吸收布拉格(Resonantly Absorbing B

2、ragg Reflector，RABR)結(jié)構(gòu)中的負(fù)折射動力學(xué)特性，超聚焦和調(diào)制非穩(wěn)等非線性效應(yīng)。 負(fù)折射率材料是由1967年前蘇聯(lián)物理學(xué)家Veselago首先提出并研究的一種在同一頻段具有負(fù)的介電常數(shù)(ε<0)和負(fù)的磁導(dǎo)率(μ<0)的人工電磁材料。這種材料所具有的奇特的光學(xué)與電磁學(xué)的性質(zhì)以及在信息科學(xué)與技術(shù)方面的潛在應(yīng)用引起了人們廣泛的關(guān)注與研究。近年來，國際上實(shí)現(xiàn)負(fù)折射率材料的方案多為基于經(jīng)典電磁理論基礎(chǔ)上各向異性的組合材料方

3、案或者高維光子晶體中實(shí)現(xiàn)，并且?guī)缀跛械姆桨付际窃诰€性材料范圍內(nèi)。這些方案不可避免的存在損耗較大或者對材料以及空間結(jié)構(gòu)的精密加工的要求過高。因此，本論文基于光子晶體和能級體系/量子阱的結(jié)合的模型來研究非線性材料中的負(fù)折射動力學(xué)特性。研究表明，這類材料可以在一維的周期結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)負(fù)折射并有著很高的能量透射效率和豐富的物理現(xiàn)象。 本論文在總結(jié)近些年來實(shí)現(xiàn)負(fù)折射的經(jīng)典模型的理論基礎(chǔ)上，著重分析共振吸收布拉格結(jié)構(gòu)的帶隙特性，光子彈和非線性

4、負(fù)折射動力學(xué)特性。全文分為四個章節(jié)來論述： 第一章，簡要介紹了負(fù)折射材料的定義，性質(zhì)，特點(diǎn)以及研究發(fā)展的歷史、研究意義和經(jīng)典的方案，進(jìn)而概述本論文的研究內(nèi)容及目的。 第二章，詳細(xì)介紹周期結(jié)構(gòu)的幾類模型，推導(dǎo)了斜入射主動光子晶體和主被動光子晶體的非線性傳播方程，并對匹配情況，帶隙結(jié)構(gòu)，透射反射和吸收譜進(jìn)行全面的分析。 第三章，通過數(shù)值模擬詳細(xì)地研究了脈沖和連續(xù)光在RABR結(jié)構(gòu)中的前后向波能量交換和相互作用轉(zhuǎn)化，背景