磁光特异材料及其复合周期结构中光隧穿的理论研究

本项目主要利用光的隧穿机制对磁光特异材料及其复合周期结构进行理论研究。首先，开展一般磁光特异材料与全介质光子晶体匹配结构中光的隧穿机制研究，通过慢波效应的调制，实现磁光特异材料透射光强和磁光效应的同时增强；其次，针对结构化磁光特异材料复合结构中光的隧穿现象进行研究，通过多种结构化调制，进一步提高磁光特异材料的透射光强和磁光效应；最后，研究各向异性磁光特异材料复合结构中混合机制对光的调控作用，通过磁光特异材料的各向异性调制，扩充磁光特异材料的应用。上述问题的研究成果，不仅会加深人们对磁光特异材料中光隧穿机理的了解，而且对磁光特异材料的应用与相关器件的研制具有理论指导意义。

本项目主要利用光的隧穿机制对磁光特异材料及其复合周期结构进行理论研究。第一，磁光金属与全介质光子晶体的匹配结构中光隧穿机制的研究。首先，掌握磁光金属材料透射率、反射率、法拉第旋转角度的4×4转移矩阵方法；其次，弄清楚全介质光子晶体等效磁单负材料性质的理论方法；最后，设置磁光金属与光子晶体的虚相位与虚阻抗匹配，实现隧穿效应。第二，结构化磁光金属复合结构中实现的光隧穿现象的研究。对于磁光金属，我们知道它的磁光性质很强，但是透射光强很小，以至于法拉第效应一直无法被利用。我们设计了含磁光金属Co6Ag94和金属Ag的三明治结构（磁光金属或者银嵌入两个磁光光子晶体中），利用光子隧穿理论使其结构中产生了共振透射，且电磁场强烈局域在光子晶体和磁光金属的界面上，从而导致法磁光金属的透射和法拉第旋转效应的同时增强。另外，我们设计了在磁光金属Co6Ag94有增益时，三明治结构单透射峰对应的法拉第旋转角达到了-45度的情况。第三，各向异性磁光特异材料复合结构中混合机制对光的调控作用。首先，我们利用转移矩阵方法研究了一维磁光光子晶体的法拉第效应。研究结果表明，在设计合理的磁光光子晶体结构，可以调节特殊角度的法拉第旋转角，并且在该角度对应的波长处的透射率可以达到很高。其次，研究了含各向异性单负材料的一维光子晶体中的带隙特性。研究结果表明，含各向异性单负材料的一维光子晶体中存在一种全向带隙，该带隙几乎不随入射角度和偏振状态的变化而变化，其性质可以用来设计一定带宽的全向反射镜。上述研究成果，不仅会加深人们对磁光特异材料中光隧穿机理的了解，而且对磁光特异材料的应用与相关器件的研制具有理论指导意义。