光子晶体中非线性效应和应用的研究
1960年激光的诞生是光学发展史上的一个里程碑。经过几十年的发展，目前激光在各个领域都得到了广泛的应用。由于激光工作物质的限制，其输出波长不可能做到无限连续，而与此同时，各行业对激光输出波长的需求却在不断增长。激光频率变换技术在这一矛盾的推动下很快就成为了这一领域的研究热点。二次谐波产生是非线性光学频率变换中中最典型、最重要、最基本的效应之一，也是目前最广泛应用的光波频率变换技术。因此，研究如何提高倍频转换效率成为一个热门课题。
在倍频过程中，由于基频光波和倍频光波在晶体中的折射率不同，因此会影响到倍频转换效率。一种方法是利用晶体的双折射的特性进行角度相位匹配。但是这种方法能够利用的有效非线性系数小、倍频效率低、某些波长无法实现相位匹配。而另一种获得高效非线性频率变换的相位匹配技术是准相位匹配技术。由于准相位匹配可利用非线性光学晶体最大的二阶极化张量元，在晶体的整个通光范围内均可实现非临界相位匹配，在较长的晶体上可望实现较高的变频效率。同时，光学超晶格不改变晶体的光学性质，仪对晶体的极化率进行周期性的调制，它扩大了现有晶体的应用范围。
本文采用时域有限差分方法来分析光子晶体中二次谐波产生的特性。时域有限差分方法具有计算较为简便、通用性强、实用性强、节约计算空间和存储空间的优势。论文在Matlab软件环境下用时域有限差分方法模拟了在完全相位匹配条件下和准相位匹配情况下晶体中产生的二次谐波的模场分布。在准相位匹配时，可以明显的看到在正负畴交界处，光场强度没有减弱而是继续增强。在两种情况下，二次谐波强度都随着晶体长度增加而增强，而对于准相位匹配，由于不存在走离，可通过加长通光长度来提高转换效率。
近年来，随着准相位匹配光波导制作技术的成熟，对周期极化反转光子晶体用于波长转换的研究也日渐深入，并逐步向使用化方向迈进。波长转换器是全光网中的关键器件。级联全光波长转换器通常采用准相位匹配技术来克服直接差频形波长转换中抽运光和信号光不在同一波段，难以同时耦合进波导的问题。在此基础上，再利用准相位匹配多波长频率转换技术引入可进行灵活的波长转换的波艮转换器。
光子晶体;时域有限差分法;非线性光学;准相位匹配;波长转换;非线性效应;相位匹配
南京邮电大学
硕士
光学工程
蔡祥宝
2009
中文
TN204
63
2010-05-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）