等离激元-波导混合结构中的准连续域束缚态的非线性光学性质研究.pdf

山东师范大学硕士学位论文

目录

摘要I

AbstractIII

第一章绪论1

1.1非线性光学概述1

1.2连续域束缚态（BICs）概述2

1.3表面等离激元概述4

1.4BICs4

准增强非线性光学的研究进展

1.5数值模拟工具和方法5

1.6本文的主要工作6

第二章一维等离激元光栅和波导的混合纳米结构中准BICs处的谐波产生研究7

2.1引言7

2.2模型的结构和参数7

2.3数值研究结果及讨论9

2.4本章小结15

第三章二维等离激元阵列和波导的混合纳米结构中准BICs处的二次谐波产生研究17

3.1引言17

3.2模型的结构和参数17

3.3数值研究结果及讨论19

3.3.1TE偏振入射光19

3.3.2TM偏振入射光22

3.3.3关于SHG响应的更多讨论25

3.4本章小结28

第四章总结与展望29

参考文献31

攻读硕士学位期间发表的论文43

致谢45

山东师范大学硕士学位论文

等离激元-波导混合结构中的准连续域束缚态的非线性光学性质研

究

摘要

BICsQ

连续域束缚态（）是一种品质（）因子为无穷大且共振宽度消失的特殊模式，

它只存在于理想无损耗的无限大或具有极端参数的结构中。在实际应用中，BICs可以实

现为准BICs模式。准BICs具有超高的Q因子和局域场增强的特性，所以一直是增强光

与物质相互作用所深入研究的主题。近年来，准BICs被发现有非常广泛的应用，例如增

强非线性光学效应、超低阈值激光、超灵敏传感等。

本论文主要数值研究了支持BICs的一维等离激元光栅以及二维等离激元阵列和波导

的混合纳米结构中增强的非线性光学效应，研究结果对设计高效、可集成的非线性光学

器件具有重要意义。本论文的主要研究内容和结论有：

1.数值研究了一维等离激元光栅和波导的混合纳米结构中的非线性光学谐波产生。

TMBICsBICs

在横向磁（）极化条件下，该系统支持两种类型的，即对称保护的

Symmetry-protectedBICsSP-BICsBICsFriedrich-WintgenBICsFW-

（，）和偶然（，

BICs）。研究了两种BICs附近的二次谐波产生和三次谐波产生（SHG和THG）的演化

过程，确定了非线性响应对局域场分布和非线性材料的极化率张量分量的高度依赖性。

SHGTHG

特别是，由于波导模式和等离激元模式的相互作用，高效的和响应存在最优化

的入射角。研究结果对于理解等离激元-波导混合结构中的非线性响应行为和设计非线性

光学器件具有重要意义。

2.数值研究了被非线性介质层覆盖的二维等离激元超表面混合纳米结构中的二次谐

波产生（SHG）。在设计的混合系统中，在横向电（TE）和横向磁（TM）偏振光照明

SP-BICsFW-BICsBIC