周期結構中非線性負折射的動力學研究.pdf

1、本論文的研究方向是周期結構中非線性負折射(Negative Refraction，NR)和孤子效應(Soliton Effect/Light Bullet)的動力學特性研究。主要內容包括：(1)周期結構(包含：主動型、主被動型布拉格反射鏡)斜入射的帶隙結構和匹配失配特性；周期結構的透射、反射和吸收光譜特性研究。(2)周期結構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)結構中的負折射動力學特性，超聚焦和調制非穩(wěn)等非線性效應。 負折射率材料是由1967年前蘇聯(lián)物理學家Veselago首先提出并研究的一種在同一頻段具有負的介電常數(shù)(ε<0)和負的磁導率(μ<0)的人工電磁材料。這種材料所具有的奇特的光學與電磁學的性質以及在信息科學與技術方面的潛在應用引起了人們廣泛的關注與研究。近年來，國際上實現(xiàn)負折射率材料的方案多為基于經典電磁理論基礎上各向異性的組合材料方

3、案或者高維光子晶體中實現(xiàn)，并且?guī)缀跛械姆桨付际窃诰€性材料范圍內。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構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/量子阱的結合的模型來研究非線性材料中的負折射動力學特性。研究表明，這類材料可以在一維的周期結構中實現(xiàn)負折射并有著很高的能量透射效率和豐富的物理現(xiàn)象。 本論文在總結近些年來實現(xiàn)負折射的經典模型的理論基礎上，著重分析共振吸收布拉格結構的帶隙特性，光子彈和非線性

4、負折射動力學特性。全文分為四個章節(jié)來論述： 第一章，簡要介紹了負折射材料的定義，性質，特點以及研究發(fā)展的歷史、研究意義和經典的方案，進而概述本論文的研究內容及目的。 第二章，詳細介紹周期結構的幾類模型，推導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，帶隙結構，透射反射和吸收譜進行全面的分析。 第三章，通過數(shù)值模擬詳細地研究了脈沖和連續(xù)光在RABR結構中的前后向波能量交換和相互作用轉化，背景