反铁磁/金属多层膜的远红外线性和非线性光学性质

The study on the optical properties of artifical microstructure consisting of metallic films and antiferromagnetic(AF) material has become very hot by scientists.In this kind of structure,the change of magneto-polaron by plasmon polariton makes the optical rotation effect and nonlinear properties enhanced significantly.The research object is the multilayered structure composed of metallic films and AF medium in the project. The influnce of the metallic films on the linear transmission and the enhanced nonlinear optical properties of far-infared (THz) waves in the AF systems is investigated, in order to provid theoretical basis for the design of terahertz devices. The practical research includes the Kerr rotation effect, light localization and second harmonic generation of dielectric/AF/metallic resonant cavity and ionic-crystal/AF/metallic resonant cavity, the Kerr rotation effect,second harmonic generation,and frequency converter of one-dimensional AF photonic crystals terminated by a metallic film,and negative refraction phenomenon and optical focus etc optical transmission features of AF/metallic multilayer. The change of optical properties of magneto-polaron by the metallic surface electromagnetic waves will be discussed. The linear and nonlinear optical properties of the mulitilayered structure may be tuned and controlled by an external static magnetic field and the thickness of each film.

金属膜和磁性材料构成的人工微结构光学性质的研究已经成为科学家研究的热点。在这种结构中，等离激元对磁极化子的修正使得磁性材料的旋光效应和非线性光学性质得到极大地增强。本项目的研究体系是由金属膜和反铁磁材料构成的多层膜结构，主要目标在于研究金属膜对远红外(THz)波在反铁磁体系中线性传输性质的影响及对非线性光学性质的增强，为太赫兹器件的制备提供可靠的理论依据。具体研究内容包括：电介质/反铁磁/金属谐振腔和离子晶体/反铁磁/金属谐振腔的克尔旋光效应、光局域化以及二次谐波生成；底部涂有金属膜的一维反铁磁光子晶体的克尔旋光效应、二次谐波生成和频率转换效应；反铁磁/金属多层膜的负折射现象、聚焦等光学传输性质。探讨金属表面电磁波对磁极化子光学性质的修正，通过改变外加磁场的大小和各介质层的厚度来调控多层膜结构的线性和非线性光学性质。

金属材料具有表面等离激元特性，磁性材料具有磁极化子光学特性。由这两种材料构成的人工微结构已经成为了科学界研究的热点材料。在这种结构中，通过金属表面等离激元对磁极化子的修正作用，可以大大增强磁性材料的旋光效应和非线性等光学性质。我们将金属和反铁磁体系结合，工作在太赫兹 波段，主要研究了金属对反铁磁体系的线性和非线性光学性质的影响，具体研究成果为：（1）采用传输矩阵法研究了电介质/反铁磁/金属三明治结构的克尔旋光效应，发现其旋转角是单层反铁磁薄膜的12倍多。在电介质/穿孔金属/反铁磁三明治结构中，发现电磁波传播的非倒易性质；（2）将金属膜和一维电介质/反铁磁光子晶体构成多层膜结构，在金属膜和光子晶体的交界面处出现Tamm等离激元，通过对磁极化子的修正作用，大大提高了磁性材料的旋光效应和二次谐波生成等性质。在局域模附近，结构的最大克尔旋转角可达单层反铁磁膜的315倍。这种Tamm等离激元的性质由相邻层的厚度和介电常数以及磁性光子晶体中薄膜的排列顺序等因素决定；（3）研究了铋铁石榴石和银构成的二维光子晶体的克尔效应，在银表面的等离激元会影响铋铁石榴石的磁光性质。这些研究使我们能更好的掌握金属表面等离激元对磁极化子光学性质的修正机制，为THz器件的设计提供理论基础。