光折变表面非线性切趾啁啾波导阵列研究

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近年来,波导阵列在光束非线性传播、俘陷、转换及操纵等方面有着重要应用,为光子离散行为研究以及量子现象模拟提供了巨大平台。因此,波导阵列的制备及其导波特性研究成为热点。与传统波导阵列制备方法相比,光诱导法具有快速、实时、简易、成本低等众多优点。由于可擦洗、非瞬时相应和光敏等特性,光折变材料被广泛用于光诱导制备波导阵列。光折变表面波可沿光折变晶体表面无衍射传播,将光束能量约束在光折变介质近表面狭层空间,在快速互泵浦相位共轭器、信号光放大、表面二次谐波巨增强和表面等离激元长程激发等方面有着广泛应用。当光束沿光折变晶体中传播时会写入波导结构,是光折变光学中的基础概念之一,然而关于光折变表面波诱导波导阵列的研究尚属空白,该研究对表面光学现象调控和集成光学元件设计具有重要意义。本文围绕光折变表面波诱导波导阵列进行了系统研究:(1)提出了扩散机制下光折变表面波诱导的新型波导——光折变表面切趾波导阵列,折射率变化分布表现为被切趾的周期性波导阵列;并且采用转移矩阵法分析了该波导阵列色散关系和相应模式。有趣的是折射率导模和布拉格导模色散曲线相互耦合、缠绕,反交叉代替交叉并产生微小带隙;出现由折射率导模和布拉格导模拼接而成的奇异模。(2)提出了扩散漂移机制下光折变表面啁啾波导阵列,其切趾尾部的折射率变化收敛于可由外电场调节的非零值;随后采用转移矩阵法分析了该波导阵列导波特性。有趣的是折射率导模色散曲线可被外电场剪裁,有助于控制模式激发;寻常和异常的布拉格导模相互耦合、缠绕和反交叉,提供了更加丰富的反交叉;反交叉位置附近模式随色散曲线演化存在明显的耦合和竞争。(3)研究了背景光、外电场以及写入光对光折变表面波诱导切趾啁啾波导阵列的调控。随着写入光强增大,切趾波导阵列折射率导模模式带出现退简并或分裂最终趋于饱和的现象;写入光波长和掠射角可以有效调节切趾波导阵列周期大小;在写入光掠射角较大时,出现了有趣的啁啾现象,其初始位置可通过写入光强度与掠射角及背景光等调节,最大幅度及正负可由写入光掠射角、波长及外电场调节。
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