受激布里渊散射光力耦合效应对声光子晶体波导中弹性波传播的影响

The studies on which this project is focused, are about the effects of the stimulated-Brillouin-scattering (SBS) optomechanic couplings (OCs) on the elastic wave (EW) propagation in a phoxonic crystal (PxC) waveguide that can transmits the light and EWs simultaneously. In the proposed project, the numerical methods to simulate the SBS process in a PxC waveguide will be developed first. Based on the developed numerical methods, the effects of the SBS OCs on the EW propagation in a PxC waveguide will be studied, to explore the abnormal physical phenomena caused by the SBS OCs and the mechanism behind these phenomena as well. Then, based on the previous work, the studies on the key material or structural parameters that have major influence on these abnormal physical effects and some corresponding studies on the optimal design of the PxC waveguides will be carried out. At last, some experiments will be performed to verify the major results obtained from the aforementioned theoretical studies. The results obtained in this project will provide useful guidance to the related theoretical and experimental studies regarding the BS phenomena and OCs in a PxC structure,and therefore promote the development of such emerging interdisciplinary fields as the PxCs and cavity optomechanics.

本项目集中于研究受激布里渊散射光力耦合对能同时传播光与弹性波的声光子晶体波导中弹性波传播的影响. 内容包括: 进行声光子晶体波导中受激布里渊散射现象的数值模拟方法的研究；基于所发展的数值方法，进行受激布里渊散射光力耦合对声光子晶体波导中弹性波传播特性的影响规律的研究，探索在这种光力耦合影响下可能出现的异常物理现象及其产生机理；基于以上研究，进行声光子晶体波导中弹性波传播在受激布里渊散射光力耦合影响下所可能出现的一些异常物理现象的发生特征的关键决定参数研究，以及相应的一些材料与结构参数优化研究；最后，开展一部分实验测试研究，以验证理论研究中所获得的一些结果.本项目研究为今后有关声光子晶体结构中的布里渊散射现象、光力耦合等问题的理论与实验研究提供参考，从而促进目前正受广泛关注的声光子晶体、腔体光力学等新兴交叉领域的发展.

本项目致力于研究声光子波导中与受激布里渊散射有关的弹性波传播以及声光耦合问题。主要研究内容包括：声光子晶体中缺陷态/导波模态的计算方法研究，声光子（晶体）波导/微腔中弹性波传播传播及声光耦合特性研究，以及声光子（晶体）波导/微腔结构的优化设计研究。主要的研究结果包括：发展出周期结构缺陷态计算的基于矩阵指数函数分解的时域方法，该方法特别有效于复杂度较高的含高波速缺陷的超胞计算；基于对有限元软件COMSOL偏微分方程模块二次开发，发展出了计算声光子波导中弹性波模态的数值方法；设计出一种声光子微腔结构，该结构支持声表面波和光表面波的强耦合；首次在考虑材料的光各向异性的情况下，推导获得了声光子波导中光弹效应与移动边界效应耦合系数的积分计算公式，并基于所推导的公式，对各向异性亚波长波导中受激布里渊散射进行了系统的研究，发现并解释了声光耦合系数、受激布里渊散射增益对波导的材料轴与几何对称轴取向之间的微小偏离的异常敏感现象；逆向优化设计出同时具有声光带隙以及缺陷态的周期结构；设计出了一种三维网络结构的声光子晶体波导，能同时支持慢光、慢声传播。本项目所获得结果可为受激布里渊散射的新颖应用提供理论指导。