艾里光束通过负折射率介质的传输特性

为了研究艾里光束(Airy beams)通过负折射率介质中的传输特性,利用ABCD矩阵光学理论推导出了Airy光束通过负折射率介质的传输解析表达式.利用该解析表达式得到了Airy光束通过负折射率介质的传输特性.计算结果表明,Airy光束通过负折射率介质后的自加速和光强都可以通过负折射率介质的工作频率调控.Airy光束通过负折射率介质的横向偏转系数随传输距离z的增大而加速偏转;同时当传输距离z相同而负折射率介质的工作频率不同时,偏转系数也不相同.Airy光束的强度和偏转度都可以通过负折射率介质的工作频率调控.结果显示可以利用负折射率介质的工作频率方便有效地调控Airy光束,研究结果在光学器件设计和医学科学中都有潜在的应用价值.     

蔗糖溶液折射率与浓度关系的理论和实验探究

光在介质中的传播遵循费马原理.在均匀介质中光沿直线传播,非均匀介质中,光的传播轨迹比较复杂.本文以蔗糖溶液为研究对象,设计了光在非均匀介质中传播实验,建立了相关模型,理论分析了溶液折射率随深度(浓度)变化的关系.进行了数据拟合,得出溶液折射率随液体深度变化的表达式.     

色散、群速与群折射率

本文讨论了群折射率存在的物理意义,指出群折射率不仅包含了折射率概念而且还体现了折射率的色散性质,同样能作为材料本身的光学性质参量.接着指出在折射率的白光干涉法测量中存在着忽视色散作用而导致的将群折射率误认为折射率的情况.将群折射率与折射率区别开来,不仅可以消除折射率测量中所存在的错误,而且可以突出色散现象在光传播时间特性上的意义.为此建立了折射率与群折射率的相互变换关系,通过对于典型物质的折射率与群折射率变换关系的计算,说明二者在数值上的差别甚至对于气体介质来说也是不能忽略的.     

DISPERSION

本文讨论了群折射率存在的物理意义,指出群折射率不 仅包含了折射率概念而且还体现了折射率的色散性质,同样能作为材料本身的光学 性质参量.接着指出在折射率的白光干涉法测量中存在着忽视色散作用而导致的将群折射率 误认为折射率的情况.将群折射率与折射率区别开来,不仅可以消除折射率测量中所存在的 错误,而且可以突出色散现象在光传播时间特性上的意义.为此建立了折射率与群折射率的 相互变换关系,通过对于典型物质的折射率与群折射率变换关系的计算,说明二者在数值上 的差别甚至对于气体介质来说也是不能忽略的.     

多层介质中的光自旋霍尔效应研究

本文研究了光束通过多层介质分界面的光自旋霍尔效应. 以三层介质为例,建立了光束通过棱镜-空气-棱镜结构的传输模型,揭示了横移与空气介质的厚度、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系. 发现对某一特定的圆偏振光束,改变两棱镜之间的折射率梯度可以调控横移,反射场与传输场的横移方向取决于折射率梯度. 相对于两层介质来说,高斯光束通过三层介质能明显地增强光自旋霍尔效应. 研究多层介质中光自旋霍尔效应横移的影响因素可为调控和增强光自旋霍尔效应提供理论依据. 关键词： 光自旋霍尔效应 横移 折射率梯度     

表面等离激元探针的高介电灵敏度与液体折射率测定

利用金纳米棒在光照射下激发表面等离激元的性质,实验研究了其在不同介电环境下的吸收光谱.通过分析纵向等离子体共振吸收峰峰位随介质折射率的变化,获得了金纳米棒表面等离激元探针测量介质折射率的经验公式为n=(385.59)-1(λ/nm-290.56).利用金纳米棒表面等离激元探针的高介电灵敏度,测试了一些未知液体的折射率,并与阿贝折射仪测量法的结果相比较.结果与分析表明,本方法较之阿贝折射仪测量介质折射率的方法具有更高的精密度.因此,表面等离探针可用于拓展大学物理实验中的介质折射率测量实验.     

折射率介质在制栅和云纹干涉法中的应用

利用光在折射率介质中传播可以减小光波波长的性质，提出用折射率介质法制作高频全息光栅技术，使光栅频率突破理论极限２／λ；并将折射率介质应用于云纹干涉法中，当试件栅频率为６００１／ｍｍ时，虚栅频率可达到６０００１／ｍｍ，利用其±５级衍射光进行干涉，测量灵敏度由０．８３μｍ提高到０．１６μｍ。     

棱镜耦合法测量聚合物薄膜波导的参数

通过棱镜耦合方法测量了聚合物薄膜构成的三层平板介质波导不同阶导模下的有效折射率,通过计算机编程解光波导的色散方程,得出了介质薄膜的折射率和厚度.     

小尺度表面粗糙度与介质吸收对介质折射率测量的影响

将介质表面的小尺度粗糙度等效为覆盖在理想光滑表面上的多层等厚折射率渐变的薄膜,并通过特征矩阵计算多层等效膜模型的P光反射率与入射角的关系.将吸收介质的折射率虚部带入菲涅尔公式进行计算.运用COMSOL Mutiphysics软件对表面粗糙度和介质吸收进行建模和仿真计算.计算结果表明,小尺度表面粗糙度与介质吸收都会导致折射率测量产生误差.分别考虑以布儒斯特角和全反角作为折射率测量的手段,为了得到优于10-5的测量准确度,测量表面粗糙介质的折射率时,采用全反角进行判定;测量具有吸收效应的介质折射率时,采用布儒斯特角进行判定.     

一维超声光子晶体禁带结构分析

超声波在介质中传播时可以引起介质的折射率发生周期变化,当光波垂直于超声波的传播方向时,这种介质可以被用来作为光栅使用,称为超声光栅。当光波沿超声波的传播方向通过这种介质时,它还可以用作一维光子晶体,并称其为一维超声光子晶体(1D-USPC)。利用平面波法证明了一维超声光子晶体具有一般一维周期层叠结构光子晶体的禁带特征。同时这种光子禁带是可以通过超声波的波长和振幅来改变的,这就为控制光的行为方面提供另一种新的方法。     

Superluminal light attenuated by strong dispersion of complex refractive index

The propagation of narrow packets of electromagnetic waves(EMWs) in frequency dispersive medium with the consideration of the complex refractive index is studied. It is shown that counting in the dispersion of the complex refractive index within the context of the conventional expression of the group velocity of narrow wave packets of EMWs propagating in a dispersive medium results in the appearance of additional constraints on the group velocity, which dictates that the physically acceptable group velocity can only be realized in the case of a negligible imaginary part of the group index. In this paper, the conditions that allow one to realize the physically acceptable group velocity are formulated and analyzed numerically for the relevant model of the refractive index of a system of two-level atoms in the optical frequency range. It is shown that in the frequency band where superluminal light propagation is expected, there is a strong dispersion of the refractive index that is accompanied with strong absorption, resulting in a strongly attenuated superluminal light.     

光在非均匀介质中传播规律的演示

光在介质中的传播规律遵循费马原理,如：在均匀介质中,光沿直线传播．在非均匀介质中,光的传播轨迹比较复杂,与非均匀介质的状态有密切关系．尽管海市蜃楼和沙漠幻影是大自然中能够看到的光在非均匀介质中的传播现象,但只有在一定条件下才能出现,不是随时可以看到的．为了能在光学教学中让学生能够看到光在非均匀介质中的传播,本文利用白糖溶液和水之间扩散形成的浓度非均匀区域,实现了光线的非直线传播．通过光线实际传播的路径,计算了非均匀区域液体折射率的相对变化．这一演示实验取材简单,容易实现,对学生思维训练具有一定的借鉴意义．     

水平极化光在单轴吸收晶体中的传播

根据光在各向同性吸收介质中传播的分析方法,引入了波法线矢量传播常量,讨论了水平极化光在单轴吸收晶体中的传播规律,得到了波法线折射率、光线折射率、吸收系数等描述吸收晶体性质和光传播性质的物理量的表达式,推导出透明晶体的相应公式.数值计算表明,由该法得到的晶体表面的反射和透射系数与用复折射率表示法得到的结论一致.     

对白光干涉法测量透明介质折射率实验的探讨

在时域中求解得到,光路中存在色散介质的情况下,白光双光束干涉光强度.由此证明了:用白光干涉法测量得到的是白光在色散介质中的群折射率,而并非相关报道中认为的折射率;讨论了介质厚度及色散对于涉条纹的可见度和干涉条纹显现时动镜移动范围的影响.上述结论得到了实验验证.     

基于线偏振光反射率测量介质折射率的研究

研究线偏振光的振幅反射率与介质折射率的关系,提出一种测量介质材料折射率的方法。文中从菲涅耳公式出发,推导出各向同性介质的线偏振光反射率与折射率的关系式,给出基于线偏振光反射率测定介质折射率的原理。设计实验方案,在不同入射角情况,定出线偏振光p方向和s方向两种线偏振光在玻璃表面的反射率,得到线偏振光振幅反射率随入射角变化的实验曲线。依此实验数据得出材料的折射率。结果表明,测出的介质材料的折射率与理论值相符,所采取的测定方案可行。     

用光速测量仪探究蔗糖溶液折射率与浓度的关系

实验应用现有的CG-V型光速测量仪,对其测量光速的光路进行改进,测量不同浓度蔗糖溶液的折射率,并利用计算机软件（Excel）对实验的测量数据进行分析处理,得出蔗糖溶液折射率与浓度的定量关系,并加以验证,使学生能掌握光速测量仪的使用,更深刻了解透明液体折射率与浓度之间的关系。     

Light propagation in porous ceramics: porosity and optical property studies using tunable diode laser spectroscopy

By integrating gas in scattering media absorption spectroscopy and frequency domain photon migration a new method is developed for the study of optical porosity and optical properties of porous media, in our case ceramics. The optical porosity is defined as the ratio of the path length through the gas-filled pores and the physical path length through the whole medium. The effective refractive index of the porous ceramics is also retrieved based on the optical porosity, which is then used to evaluate the reduced scattering coefficients of the porous ceramics. The combined method provides a new way to study light propagation in porous media. A modified Looyenga model is proposed to study the relationship between the physical porosity and the effective refractive index of the porous medium, which also connects the optical and physical porosities, and provides the possibility to use the present method for porosimetry analysis.     

光在介质中的折射

研究了光的磁场在光与介质相互作用中的行为,建立了电子云导体模型,即介质中一个电子的电子云可以看作是一个微小导体,光变化的磁场与电子云导体间的电磁感应作用导致光与电子云导体之间的能量交换。光在介质中速度减慢起因于这种能量交换。应用电子云导体模型和能量守恒原理,导出了介质折射率表达式,并利用这个表达式计算了几种介质的折射率,计算结果与实测值符合得很好。解释了折射率的各向异性,以及静电场或静磁场对介质折射率的影响。