具体描述
结构性非线性光学材料与器件的前沿探索 本书聚焦于当前光电子学领域中，结构设计与功能实现紧密耦合的前沿研究方向——结构性非线性光学（NLO）材料与器件。 本书旨在系统梳理并深入剖析如何通过对材料的微观结构、纳米形貌乃至宏观排列进行精细调控，以期在特定的波长范围和光场条件下，实现卓越的光学非线性响应，并将其应用于高效率的光信号处理、频率转换以及光电探测等关键技术中。 第一部分：结构设计原理与材料基础 第1章：非线性光学基础与结构工程的必要性 本章首先回顾了二阶和三阶非线性光学现象的基本物理机制，包括倍频（SHG）、和频（SFG）、参量下转换（OPO）以及克尔效应等。重点阐述了传统块体材料在性能优化上面临的挑战，如反转对称性导致的二阶非线性系数为零、吸收损耗高等问题。在此基础上，引入“结构工程”的概念，强调通过打破或规避固有对称性、引入界面效应、利用局域场增强效应（LFE）等方式，是实现高性能NLO器件的必然路径。讨论了有效介质理论在描述结构化复合材料NLO响应中的应用局限与修正。 第2章：周期性结构与光子晶体的NLO响应 深入探讨了周期性介质（如一维布拉格反射镜、二维光子晶体板和三维光子晶体）如何调控光场分布以增强NLO效应。详细分析了布拉格堆栈中，如何在禁带边缘（接近临界相位匹配条件）利用结构色散效应，实现长程有效相互作用长度和高传输效率的平衡。对于光子晶体，重点讲解了如何利用缺陷模式、线缺陷和点缺陷来局域化光场，将非线性相互作用限制在极小的体积内，从而显著提高器件的有效非线性系数。讨论了制造高精度、大面积周期性结构（如通过纳米压印或自组装）所面临的技术挑战。 第3章：表面等离激元共振（SPR）与纳米结构增强 本章聚焦于金属-介质界面上等离激元激发的物理原理，及其在增强NLO现象中的巨大潜力。详细分析了局域表面等离激元共振（LSPR）和表面等离激元极化激元（SPP）的色散关系、损耗机制以及场增强因子（Field Enhancement Factor, $M$）。阐述了如何通过控制纳米颗粒的尺寸、形状（如纳米棒、星形结构、纳米环）和阵列间距，精确调控共振峰位，以匹配泵浦光或目标信号波长。讨论了金属-介质-金属（MIM）结构在构建高Q值腔体中的应用，及其如何通过有效折射率工程来改善相位匹配。 第4章：二维材料的异质结与层间耦合效应 介绍了石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等二维材料在非线性光学中的独特优势，特别是其极高的电荷载流子迁移率和易于堆叠的特性。重点探讨了如何通过构建垂直异质结（如MoS2/WSe2）或扭转双层结构，利用层间电荷转移（CT）或范德华力诱导的电子结构重构，产生极强的、依赖于层数和扭转角的二次非线性极化率。分析了拉曼光谱和高阶谐波产生（HHG）在表征二维材料层间耦合强度中的应用。 第二部分：高性能器件设计与集成 第5章：基于集成光子学的非线性波导器件 本部分转向实际器件的集成化。详细分析了硅基、氮化硅和铌酸锂等平台上的波导结构设计，包括脊波导、槽波导和槽线波导。讨论了如何利用高折射率对比度实现亚波长尺寸的模式限制，从而将光场限制在材料核心区，大幅提高光功率密度。重点讨论了在硅基平台上实现高效频率转换（如孤子频移、自相位调制等）所需的色散工程，包括引入超模色散或利用硅的载流子效应进行调制。阐述了铌酸锂薄膜波导在电光调制和高效率倍频中的优势与挑战。 第6章：超材料与拓扑光子学在NLO中的应用 本章介绍了超材料（Metamaterials）概念在NLO领域的拓展，特别是对拉曼散射和非互易传输的调控。深入探讨了基于对称性破缺的拓扑绝缘体薄膜或拓扑光子晶体在构建具有鲁棒性的NLO界面中的作用，例如实现单向非线性信号传输。讨论了如何利用手性超材料实现圆偏振光的选择性频率转换，及其在三维信息处理中的潜力。 第7章：非线性探测与表征技术 详细介绍了用于量化材料非线性系数（$chi^{(2)}$和$chi^{(3)}$）的关键实验技术。包括：瞬态吸收光谱（TAS）用于时间分辨研究超快非线性动力学；二次谐波产生（SHG）显微镜和角分辨非线性光谱（AR-NLO）用于结构-功能关联分析；以及三阶交叉相位调制（XPM）和四波混频（FWM）在评估光纤和波导非线性传输性能中的应用。强调了样品制备的一致性对定量测量结果准确性的重要影响。 第8章：面向应用的先进NLO器件案例研究 本章将理论与应用相结合，展示了结构性NLO材料在实际系统中的集成案例。包括： 高效率片上频率转换器： 针对特定通信波段或量子光源波段（如紫外或近红外）的倍频/和频器件，分析其增益和噪声特性。 超快光开关与调制器： 基于光场限制和载流子瞬态响应，设计实现皮秒乃至飞秒量级的开关器件。 低阈值参量振荡器： 结构工程如何帮助降低OPO的阈值，实现可调谐光源的紧凑化。 本书不仅为从事光电材料科学和工程的研究人员提供了结构设计与性能调控的深度理论框架，也为集成光电子和光通信领域工程师在开发下一代高性能光学器件方面提供了关键的参考和指导。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.wenda123.org All Rights Reserved. 图书目录大全 版权所有