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光子晶体光学频率变换及其测量技术的研究.doc

约65页 | 编号:45-274144|DOC格式 展开

光子晶体光学频率变换及其测量技术的研究,摘 要光子晶体是近年来出现的一种新型光学材料,是由高低折射率的介质周期性排列而成的人工结构,以光子禁带的存在为主要特征,具有能够抑制自发辐射和控制光传输等特性。本文以“贵州省教育厅基金项目”为依托,对光子晶体光学频率变换及其测量技术的课题进行了研究。 本文在分析和研究光子晶体禁带特性的基础上,阐述..
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内容介绍
摘 要
光子晶体是近年来出现的一种新型光学材料,是由高低折射率的介质周期性排列而成的人工结构,以光子禁带的存在为主要特征,具有能够抑制自发辐射和控制光传输等特性。本文以“贵州省教育厅基金项目”为依托,对光子晶体光学频率变换及其测量技术的课题进行了研究。
本文在分析和研究光子晶体禁带特性的基础上,阐述了冲击波作用光子晶体实现光学频率变换的基本原理,详尽具体地分析了冲击波的速度、冲击波作用光子晶体的时间长短及禁带宽度对频率变化量的影响;利用此种技术产生了蓝光和黄光,通过模拟光子晶体蔃@寤鞑ㄗ饔煤蟮恼凵渎实谋浠攵?70nm 蓝光和580nm黄光,设定光子晶体的参数,研究了冲击波引起光子晶体带隙的变化,计算了需要的冲击波速度;利用冲击波作用含有缺陷的光子晶体实现了630nm红光到600nm红光的变换;细致深入地分析了影响输出光的中心波长和线宽的因素;设计了基于虚差拍原理和基于声光调制器的光混频技术的测量频率变换的光学测试系统。
最后就光子晶体光学频率变换及测量技术的研究远景及目前存在的问题进行了讨论。光子晶体光学频率变换技术在获得各种相干光源具有重要的参考价值,测量频率变换的理论研究及测试系统的建立也具有重要的意义。

关键词:光子晶体;冲击波;光学频率变换;测试系统















Study on Optical Frequency Conversion and Measurement Techniques Based on photonic crystals
ABSTRACT
Photonic crystals, which is a new type of optical material emerged in recent years, is the artificial structures made by periodic arrangement of the medium of high and low refractive index, the existence of photonic band gap as the its main character, is able to inhibit spontaneous emission and control of optical transmission and so on. The topics of optical frequency conversion based on photonic crystals and its measurement techniques was studied in this paper, supported by the”GuiZhou Provincial Department of Education Fund”.
The basic principle of optical frequency conversion based on the interaction of shock wave and photonic crystals was expounded, based on the analysis of characteristics of photonic crystals band gap. The influence factors of variation was detailed analyzed by the shock wave speed, the length of time of interaction and the width of band gap; produced the blue and yellow light, the change of refractive index of compressed photonic crystals was simulated. At wavelength of 470nm and 580nm, parameter of photonic crystals was selected coherently, the variation of band gap was studied, and velocity of shock wave was calculated, and the transformation of red light from 630nm to 600nm was achieved based on the interaction of shock wave and photonic crystals contained defects, and the influence factors of the center wavelength and line width of output light wave were intensively analyzed; the test systems of measurement of optical frequency conversion were designed based on virtual beat principles and acousto-optic modulator with optical mixing technology.
Finally, the advanced research and the current problems of optical frequency conversion and measurement techniques were discussed based on photonic crystals. The technology has an important reference value in the access to a variety of coherent light source, the theoretical research of the measurement of frequency conversion and the establishment of test systems has great significance.

Key words: photonic crystals; shock wave; optical frequency conversion; Test Systems

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
§1.1 课题的研究背景和意义 1
§1.2 课题的研究现状与发展趋势 2
§1.3 论文的结构和研究内容 4
§1.4 本章小结 5
第二章 光子晶体的概念及特性 6
§2.1 光子晶体的概念和结构 6
§2.1.1光子晶体的概念 6
§2.1.2光子晶体的结构 6
§2.2 光子晶体的主要特性 7
§2.2.1光子晶体的周期性结构 7
§2.2.2 光子禁带 7
§2.2.3抑制自发辐射(Purcell效应) 8
§2.2.4光子局域 8
§2.2.5光子晶体表面态 8
§2.3 本章小结 9
第三章 光子晶体禁带特性的研究 10
§3.1 一维光子晶体的理论模型 10
§3.1.1传输矩阵法的理论模型 11
§3.1.2传输矩阵法的推导 11
§3.1.2反射率和透射率公式 14
§3.2 不含缺陷的一维光子晶体 15
§3.2.1 中心波长对反射谱的影响 15
§3.2.2 晶格周期数目对反射谱的影响 16
§3.2.3 介质折射率比对反射谱的影响 16
§3.2.4 光学厚度比对反射谱的影响 17
§3.3 含缺陷的一维光子晶体 18
§3.3.1缺陷层掺杂位置对反射谱的影响 19
§3.3.2缺陷层厚度对反射谱的影响 20
§3.3.3缺陷层折射率对反射谱的影响 21
§3.4本章小结 22
第四章 光子晶体光学频率变换技术 23
§4.1 光子晶体光学频率变换技术的基本原理 23
§4.1.1 冲击波和光波的多普勒频移 23
§4.1.2 作用后光子晶体的带隙发生变化 24
§4.2 影响光学频率变化量的因素 27
§4.2.1 冲击波的速度对光学频率变化量的影响 27
§4.2.2 作用时间对光学频率变化量的影响 28
§4.2.3 光子晶体禁带宽度对光学频率变化量的影响 30
§4.3 本章小结 31
第五章 具体光波的产生 32
§5.1 冲击波作用光子晶体产生蓝光的研究 32
§5.1.1 产生蓝光的意义[48] 32
§5.1.2 作用后光子晶体的折射率变化 32
§5.1.3 作用后光子晶体的带隙变化 33
§5.1.4 冲击波速度的确定 34
§5.2 冲击波作用光子晶体产生黄光的研究 3..
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