復雜光學系統(tǒng)中光束的傳輸變換及光波的傳輸特性研究.pdf

1、目前，隨著激光技術和微加工技術的迅猛發(fā)展，分數(shù)傅里葉變換（FrFT）作為一種新的研究工具在光學、光通信等領域迅速得到應用；同時，納米光子技術作為當前光子學領域里面的研究熱點之一，它在非線性光學、光存儲及光通信器件等領域具有廣闊的應用前景?；诖?，本文主要研究一些復雜光學系統(tǒng)中光束的傳輸變換及光波的傳輸特性，主要包括以下內(nèi)容：
　　第一章為緒論，主要概述了光束的傳輸變換與表面等離子體光子學的研究背景、基本理論及其主要應用等，介紹了論

2、文采用的數(shù)值計算方法，并指出了全文的結構安排、研究內(nèi)容和創(chuàng)新點。
　　第二章，基于廣義惠更斯-菲涅耳衍射積分公式，并采用將硬邊光闌函數(shù)展開為有限項復高斯函數(shù)的方法，通過較復雜的數(shù)學運算，推導并研究了合流超幾何(HyG)光束通過環(huán)形光闌約束光學系統(tǒng)的光場分布及其傳輸特性。作為特例，本章還給出了HyG光束通過圓孔光闌和圓屏光闌約束光學系統(tǒng)傳輸?shù)慕平馕鼋?。計算結果表明，本章采用的近似解析公式計算所得結果與直接數(shù)值積分結果一致吻合，且能

3、大大提高計算效率。
　　第三章，根據(jù)FrFT的定義和復高斯函數(shù)展開方法，分別導出了空心雙曲正弦高斯（HsG）光束和貝塞爾高斯（BG）光束通過理想的或有光闌約束FrFT光學系統(tǒng)傳輸?shù)慕馕霰磉_式，并進一步研究了其傳輸特性。數(shù)值計算和研究結果表明，通過適當?shù)剡x擇FrFT的光學參數(shù)（如：分數(shù)階數(shù)、截斷參數(shù)等），可以控制光束通過FrFT光學系統(tǒng)的光強分布。特別的是，當截斷參數(shù)較小時，透鏡的光闌效應不能忽略，光闌的大小會對歸一化光強分布有很大

4、的影響；當截斷參數(shù)較大時，光闌的衍射效應可以忽略。
　　第四章，利用麥克斯韋方程在邊界面上滿足的連續(xù)性邊界條件，分析了幾種簡單異質結構波導中表面等離子激元模式的色散及模式耦合特性。在此基礎上,構建了一種新的較為復雜的等離子波導光學系統(tǒng),并利用等效模型的方法獲得了該波導的色散曲線,結果表明多條模式可以局限在空氣芯層中進行傳輸。
　　第五章，利用時域有限差分(FDTD)方法，設計了一種簡單易制備的硅基波導襯底亞波長光柵結構系統(tǒng)，

5、并研究了光波在該系統(tǒng)中的傳輸特性。數(shù)值計算和理論研究結果表明，在橫電（TE）波垂直入射的條件下，由于Fano共振及金屬光柵表面等離子體激元與硅基波導模式的雜化耦合，導致了傳輸效率的極大增強（>80％），具有超透射的新奇現(xiàn)象，并伴隨著群速度為0.005c的慢光效應。
　　第六章，從經(jīng)典量子光學的理論出發(fā)，比較分析了不同光學系統(tǒng)中的電磁誘導透明（EIT）現(xiàn)象及其物理機制，并構建了由金屬納米棒和硅光柵波導組成的復雜光學系統(tǒng)。通過FDTD