中文摘要：

超快光子晶体开关是一种重要的集成光子器件，在光计算和光互联等领域具有重要的应用前景。研究可见和光通讯波段具有较大非线性光学系数和超快速时间响应的复合材料的实现方法；研究复合材料光子晶体的光子能隙效应和光子局域特性；研究复合材料光子晶体的光子能隙、线缺陷波导和光子带隙微腔在飞秒激光作用下的超快速可调谐特性；利用高空间分辨飞秒近场光谱技术对光子晶体中光场分布变化进行时间分辨近场检测，研究介观尺度下飞秒脉冲与微结构单元如波导和微腔的非线性相互作用规律；研究实现不同波段超快光子开关的新机理和新方法。

结论摘要：

在通讯波段实现了低功率超快速可调谐复合材料光子晶体开关。我们利用激光分子束外延生长的方法制备出光通讯波段金/多晶铌酸锂一维光子晶体，光子能隙的长波带边位于1300nm。在9 MW/cm2 的泵浦光作用下，光子能隙的长波带边迁移40nm。由于金的非平衡态电子的超快弛豫，非线性复合材料光子晶体的响应时间达到24.2ps，实现了低功率、超快可调谐复合材料光子晶体。实现表面等离激元微纳全光逻辑门。设计出一种同时具有长程传输和亚波长强光场局域特性的新型表面等离激元波导结构，微加工刻蚀精密控制波导型各种全光逻辑器件。器件的特征尺度为5μm， “0”和“1”的强度对比提高了4倍，达到24dB。飞秒近场光谱系统对表面等离激元聚焦等时空小尺度光学研究。超短飞秒激光与近场扫描显微技术结合，通过声光调制、高通量探针制备等方法，信噪比测量提高3-4量级，实现了多种工作模式飞秒近场系统。时间分辨优于200fs，空间分辨仅约80nm。对表面等离激元聚焦及光传输的调控进行研究。获得不同延迟时间下的近场泵浦探测图，表明聚焦点的探测光调制度比非聚焦点提高了1个数量级。研究设计了亚波长尺度的金属表面等离激元单向发射器和分束器。获得了很大的全光调制深度(开关比> 20dB，相位调制>π)和超紧凑的器件尺寸(横向尺寸只有约2 μm)。非对称T型狭缝结构单元中表面等离激元类电磁感应透明现象研究。设计并制备了单个超紧凑的非对称T型狭缝结构单元（非阵列，footprint只有0.9μm2），在实验上成功地观察到SPP EIT-like现象，理论和实验符合很好。低阈值功率可调谐铁电复合材料Fano共振的实验研究。将近共振激发增强光学非线性与纳米尺度晶粒量子局域效应增强光学非线性相结合，利用激光分子束外延生长方法制备出具有较高三阶非线性光学系数的金/多晶铌酸锂复合材料，并制备出一维金光子晶体薄膜光栅的金属/介电复合材料微纳结构。测量发现在透射谱中出现Fano共振线型。