基于fdtd数值z扫描实验的研究

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1、基于FDTD的数值Z扫描实验研究摘要非线性光学材料是大多数光电器件设计和应用的物理基础。将非线性光学材料周期性地掺杂在电介质中，利用结构可以调控常规非线性材料的非线性光学参数，从而为基于非线性效应的光电元器件设计提供新的自由度。因此，如何准确预测微结构光子材料的等效非线性光学参数成为基于微结构的新型光电器件设计首先要解决的问题。本文主要围绕三阶非线性效应，建立了基于时域有限差分法的数值Z扫描测量方法，研究含Kerr介质微结构材料的等效三阶非线性折射率系数，取得了一些结果，具体概括如下。(1)对比与分析了当前测量非线性介质非线性光学系数的各种测量方法如简并四波

2、混频法、泵浦光源探测法、非线性干涉技术、椭圆偏振法、光束畸变的测量以及光克尔效应法等测量材料非线性光学系数的原理，分别对其适用范围和优劣做出了比较。(2)对比Z扫描实验，根据数值模拟的特点建立了一种基于时域有限差分法的数值Z扫描方法，以CS2微结构介质板为例，结合先前的理论对其三阶非线性折射率系数进行了提取。结果表明与理论值几乎完全吻合，误差率能控制在3％以内。并分析了高斯光束的光强、高斯光束的束腰半径、CS2厚度以及记录器小孔的大小对CS2三阶非线性折射率系数精度的影响规律，总结数值Z扫描方法应用上的注意事项。，关键词：微结构材料；Kerr介质；时域有限差

3、分法；Z扫描；非线性折射率系数II硕士学位论文AbstractNonlinearopticalmaterialsisthephysicalbasistodesignandexploitmostoptoelectronicdevices．Dopedthenonlinearopticalmaterialsintothedielectricperiodically，thenonlinearopticalparametersoftheconventionalnonlinearmaterialscanberegulatedifthestructurebeappropr

4、iatelydesigned：Soitprovideanewdegreeoffreedomfordesigningoptoelectroniccomponentsbasedonnonlineareffects．Therefore，howtoaccuratelypredicttheeffectivenonlinearopticalparametersofthemicrophotonicmaterialsbecometheprimaryproblemtodesignnewoptoelectronicdevicesbasedonmicrostructure．Thi

5、sarticlemainlyfocusontheeffectivethird-ordernonlineareffect．andestablishedanumericalZ-scansmeasuredmethodsbasedonthefinite．differencetime．domain．Studiedtheeffectivethird—ordernonlinearrefractiveindexcoefhcientofthemicrostructuredmaterialswithKerrmedia．andobtainedsomeachievement，spe

6、cificallysummarizedasfollows．(1)Contrastedandanalysedthecurrentlyexistedmeasurementmethodtomeasurethenonlinearopticalcoefficientofthenonlinearmediumsuchasdegeneratefour-wavemixingmethod，thepumplaserdetectionmethod，nonlinearinterferometry，ellipsometry，measurementofthebeamdistortiona

7、ndopticalKerreffectmethodetc，andtheirprincipleofmeasuringthenonlinearopticalcoefficientofthematerial，summarizedtheirscopeofaplication，advantagesanddisadvantagesrespectively．(2)ContrasttoZ-scanexperiment，accordingtothecharacteristicsofthenumericalsimulation，establishedanumericalZ-sc

8、ansmeasuredmethodsbasedont