光学双稳态,又称光学滞回效应,是指光学系统中由于非线性和反馈导致的一个光学输入存在两个稳定输出的现象。自上世纪七十年代,各类非线性介质中的光学双稳态受到了广泛关注。大多数纯光学双稳态的产生需要谐振腔的反馈作用,但也有一些结构不需要光学腔。其中包括利用多层平板结构中的光学共振效应（例如表面等离共振,波导共振）,可以降低观察光学双稳态所需的输入光强。另一方面,多层平板结构中的光学共振效应引起的结构内部局域电场增强,还能够增强古斯-汉欣位移以及光自旋霍尔效应引起的横向位移。在光学双稳态中,输出光的光强出现光滞回特性,其相位随输入光强也有相同的S型变化。因此,光束位移也具有双稳态特性。本文基于以上研究,研究了几种多层平板光学结构,分析其中的结构参数对光学双稳态以及位移双稳态的影响,主要研究内容如下:1.在具有可饱和吸收非线性衬底的表面等离共振系统中研究了反射光强度与反射光束位移双稳态。研究表明,当吸收系数很小的情况下,共振角度基本不会随入射光强而发生改变。因而入射角固定为共振角且金属选择最佳厚度时可以获得显著的双稳态现象。其次,增大金属层厚度会明显降低系统对入射光的泄漏损耗,系统泄漏损耗越小,相同入射角度下的反射光强越强。而泄漏损耗降低会导致双稳态阈值光强的增大以及滞回曲线范围增大;同时双稳态曲线的最低反射率提高,光束位移峰值降低。增大线性吸收系数会导致滞回曲线变宽,阈值光强整体向增大的方向移动。2.在具有克尔非线性衬底的棱镜耦合平板波导系统中,研究了反射光束古斯-汉欣位移双稳态。该系统通过导波模共振模式的激发与否分为两种稳定的反射状态:远离共振的全内反射状态与共振时的受抑全反射状态。全内反射状态下,系统远离共振,反射光相位变化缓慢,相应的古斯-汉欣位移很小;受抑全反射状态下,系统进入波导共振,反射光相位在共振峰内剧烈变化,相应的古斯-汉欣位移也获得极大增强。间隙厚度影响系统的泄漏损耗,并导致共振位置的偏移。导波层厚度主要影响系统的初始共振位置,进而影响系统双稳态的阈值。入射角影响入射光波矢与共振波矢之间的失配,于是影响系统双稳态的阈值。3.在具有克尔非线性衬底的表面等离共振系统与平板波导耦合的结构中,在等离诱导透明的情况下,研究了反射双稳态与反射光束古斯-汉欣位移双稳态。为了获得最佳的等离诱导透明曲线,金属层与导波层的厚度可以通过计算确定。当两种模式同时共振激发时,由于两者的破坏性干涉,导致原始的吸收峰中出现了一个尖锐的反射峰,其宽度由波导系统的泄漏损耗决定。在此基础上,耦合层厚度主要影响波导系统的泄漏损耗,因而耦合层厚度越大,系统损耗越低,反射谱的吸收峰越窄,相应的古斯-汉欣位移峰值越大。同样,改变入射角也会影响系统初始的共振状态,进而改变系统双稳态的阈值。该系统的最大优点就是在获得很大的古斯汉欣位移的同时,仍能获得较高的反射率。以上三种系统在制造光学开关、光学传感器等方面具有实际的研究和应用价值。