激光动态外锥折射实验研究

根据双轴晶体的锥形折射效应，提出锥角可控的动态外锥折射以及一种实现外锥折射的新方法；选用ＫＮｂＯ３晶体进行实验，不仅观察到外锥折射，而且实现了锥角在０°～８°范围内的外锥折射扫描控制     

利用可变光阑实现双轴晶体动态外锥折射

介绍了一种获得晶体动态外锥折射的方法.用全固态绿光激光器和双轴晶体kNbO_3,通过改变位于已消球差的双胶合透镜后表面处可变光阑的通光孔径,即改变入射光束的会聚角度,来实现入射光会聚角对外锥折射锥角的调制,由此得出双轴晶体kNbO_3外锥折射的锥角表达式.实验结果表明,周期性改变孔径光阑通光孔径的大小(入射光束的会聚角度)时,外锥折射锥角也同步地发生周期性的改变;外锥折射锥角等于入射于双轴晶体端面上的光线的会聚角.利用可变光阑可实现双轴晶体动态外锥折射并获得可控激光环,实验所测锥角角度与理论计算符合较好.     

一种新的纳米结构--管状石墨锥

文章作者利用微波等离子体辅助化学气相沉积的方法在铁针尖上合成了一种新的纳米结构，并称之为管状石墨锥．管状石墨锥在外形上由多面锥体组成，其内部是同心的圆柱形石墨层，其空心的直径为几个纳米到几十个纳米．这些管状石墨层从内到外地逐渐变短，从而使得它们呈现出锥形外观．锥的顶角一般为6-7度左右，锥的尖端只有几个纳米大小，而锥的底部可达到微米量级．值得注意的是，组成管状锥体的石墨层具有惟一的手性，都表现为锯齿型。     

晶体锥折射空心光束的位相差及偏振特性

根据双轴晶体内锥折射效应产生空心光环的基本原理,推导出空心光环上各点相对于光环最低点的位相差分布规律解析式.通过模拟得到了位相差分布规律,证明了光环上各点的偏振方向变化具有连续性.实验采用非偏振的He-Ne激光准直后经小孔光阑垂直照射KNbO3晶体获得了空心光束,对其偏振特性进行了测试,结果与理论分析相吻合,很好的验证了理论分析的正确性.     

晶体锥折射空心光束的位相差及偏振特性

根据双轴晶体内锥折射效应产生空心光环的基本原理,推导出空心光环上各点相对于光环最低点的位相差分布规律解析式.通过模拟得到了位相差分布规律,证明了光环上各点的偏振方向变化具有连续性.实验采用非偏振的He-Ne激光准直后经小孔光阑垂直照射KNbO3晶体获得了空心光束,对其偏振特性进行了测试,结果与理论分析相吻合,很好的验证了理论分析的正确性.     

拉锥光纤中光传输模场的矢量分析

采用二维矢量时域有限差分法(FDTD),考虑了拉锥光纤芯层的折射率分布和光纤芯层直径等参数,详细分析了拉锥光纤的锥度、拉锥后纳米光纤半径等对拉锥光纤中光波模场分布和传输特性的影响。计算结果表明,单模光纤芯层的折射率分布函数对光纤中光传输模场分布影响较小;拉锥光纤锥度越大光波的能量损耗越大;当拉锥后纳米光纤半径逐渐变小时,纳米光纤的光传输模场中心光强先逐渐增强然后又逐渐减小。     

洛匈棱镜的正反向特性

给出了洛匈棱镜正、反向使用时分束角的精确表达式。从理论上证明,对任意合理的结构角及主折射率值来说,洛匈棱镜反向使用时的分束角小于正向使用时的分束角。研究了在锥光入射条件下洛匈棱镜中的e光和o光的传播方向、折射率、主平面、偏振方向等问题。证明了洛匈棱镜正向使用时第二块晶体中无偏折的光波只含有o光,参考圆圆周上各点光波的主平面相互平行,通过一个检偏器后可以实现消光;洛匈棱镜反向使用时,第二块晶体无偏折的光波同时包含了o光和e光,参考圆圆周上各点光波的主平面沿参考圆的径向,e光和o光的偏振方向分别沿径向和垂直于径向,通过检偏器后形成锥光干涉现象,不能消光。     

轴锥镜光强分布的角谱衍射数值分析法

针对理论上推导轴锥镜的衍射光场分布解析式较为困难,且用菲涅耳衍射理论分析时存在近轴近似及不能适用于近场衍射光场分析的问题,采用了严格遵从标量衍射亥姆霍兹方程的角谱衍射波前重建方法,对轴锥镜在单色和准单色高斯光波照射下的横向和轴向衍射光强分布特性,以及在单色均匀平面光波照射下的轴向衍射光强分布进行了数值计算和分析。结果表明,轴锥镜后单色光衍射光强分布在几何光束重叠的菱形区域内为近似无衍射贝塞尔光强分布,轴上光强沿光轴方向呈振荡变化,轴上光强分布规律与入射光波的垂轴横向光强分布有关;入射光的准单色性使得贝塞尔衍射条纹对比度略下降、轴上光强沿光轴方向振荡程度减小,但分布规律与单色光一致。     

蜂巢光子晶格中光波的无衍射和反常折射

空间频率模式的光子带隙反映了光波在周期性结构中的线性传输特性.以这种线性传输特性为基础,研究了蜂巢光子晶格中光波的无衍射和反常折射.通过详细分析带隙结构第一通带上的衍射与折射特性,得出了光波发生反常衍射和折射的入射条件.匹配不同的入射条件,数值模拟了光波的无衍射传输和反常折射现象.结果表明:将入射光束的波矢设置在蜂巢晶格布里渊区中正常、反常衍射区的交界处,可使高斯光束沿x轴、y轴方向的衍射得到有效抑制;以多光束干涉场作为入射光场,可对蜂巢晶格进行模式匹配,激发第二布里渊区的传输模式;进一步将模式匹配后入射光场的波矢设置在反常折射区,可实现光波的反常折射.     

空心锥状双高斯光束传输特性研究

建立了空心锥状双高斯光束的模型.在空心高斯光束模型的基础上,由初始光场的光强分布,利用柱坐标下的柯林斯公式,导出了空心锥状双高斯光束经过傍轴光学系统的解析传输变换式由传输变换式计算分析了空心锥状双高斯光束在自由空问的可控传输特性,及在1,10和60 m的截面光环的光强分布.用KNbO3双轴晶体进行实验,获得了空心锥状双高斯光束,外锥折射的锥角等于入射光会聚角.实验表明,当空心光束处于锥状发射状态时,空心光束的光环内黑斑面积随传输距离的增加而增加,实验结果与模型吻合较好.该研究为进一步设计制备基于空心锥状舣高斯光束的新型激光元件提供了理论依据和设计参量.     

基于硅柱-磁性液体体系的光子晶体的可调谐负折射特性研究

本文研究了硅柱在MnFe₂O₄磁性液体背景中排列成六边形结构的二维光子晶体的可调谐负折射特性. 利用平面波展开法和时域有限差分法理论研究了硅柱-磁性液体体系二维光子晶体的带隙结构、等频曲线和负折射现象随外磁场强度的变化关系. 模拟结果表明, 硅柱-磁性液体体系二维光子晶体工作在TE模式时, 其负折射特性可由外磁场调节. 在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和入射光频率时, 所研究的折射光束的偏转角和光子晶体的负折射率绝对值随外磁场的增大而增大, 而在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和外磁场强度时, 负折射角和负折射率的绝对值随入射光归一化频率增大而减小. 固定外场强度和入射光频率时, 所研究结构的负折射特性随背景溶液的磁性颗粒体积分数增大而变弱.     

一维光子晶体的折射率研究

对于一维光子晶体反常折射的研究大都基于光子晶体的色散关系解析解,文章作者认为,在光线非正入射时上述方法是不适用的,有必要使用更加合适的方法对一维光子晶体的折射规律加以系统研究,从而对一维光子晶体器件的设计起到些指导作用.文章将一维光子晶体作为二维问题来考察,使用数值方法(平面波展开法)来计算光线在光子晶体中沿各个方向传播时的色散关系,进而得到了折射角与入射角和频率的关系.结果表明:对于一维光子晶体,考查在第一能带范围内的频率,当频率越接近能带边,且入射角越接近敏感区时,折射角对入射角和频率的变化越敏感.而且,敏感区随频率的增大有向小角度移动的趋势.     

惠更斯作图法分析双折射中e光的反常现象

在单轴晶体双折射中,e光会发生一些反常的折射现象如负折射、e光离散角、全反射现象等.与文献中普遍所采用的基于平面光波在晶体中传播的电磁理论特性求解的过程不同,本文则以更为直观的惠更斯作图法为出发点,利用几何求解,得出负反射临界角、e光离散角、全反射临界角,并加以说明和讨论.     

光轴平行于界面的单轴手征介质中的负折射研究

研究了光轴平行于界面时单轴各向异性手征介质中实现负折射的条件, 并详细分析了该介质中两个本征波在不同电磁参数和手征参数下折射角随入射角的变化规律. 结果表明, 利用单轴各向异性手征介质实现负折射, 条件更加宽松, 甚至在弱的手征参数下也可能实现负折射, 且在不同的介电常数、手征参数和入射角下, 该手征介质中两个本征波的相折射角存在很大的差异, 在特殊条件下, 某一个或两个本征波不能在介质内传播.     

双曲色散型单轴左手介质中的折射

研究了横磁波在各向同性右手介质和双曲色散型单轴左手介质界面处波矢和能流的折射。计算发现,当入射角在很大范围内变化时,波矢的折射角和能流的折射角几乎不变。调节光轴角可使波矢折射角和能流折射角随入射角变化不敏感的现象更明显,经分析计算给出光轴角的调节范围。这一现象是由双曲色散型单轴左手介质的各向异性及负的主折射率引起的,可以用来实现光束准直、光束整合、光束压缩以及方便的光束耦合。如果光从双曲色散型单轴左手介质向各向同性右手介质入射,还能实现超棱镜(superprism)现象。计算了横磁波穿越界面时的透过率,证实双曲色散型单轴左手介质可能实现上述应用。     

Amphoteric refraction exhibited by anisotropic crystals

Amphoteric refraction of light ray at the interface between isotropic materials and anisotropic materials is analyzed. Depending on the incident angle, the refractive light ray can either refract positively or negatively. This amphoteric refraction phenomenon can be quite prevalent when the difference of the two principal refractive indices is large. The reflectance under various incident angles has also been calculated, and an experimental demonstration with a calcite crystal in air is presented.     

线偏振光在手征负折射介质中的古斯汉欣位移特性研究

从理论上分析了手征负折射介质中的横向位移特性,给出了线极化波入射条件下发生全反射时的横向位移随入射角的关系曲线。当入射角处于两个本征波的临界角之间时,TE和TM分量对应的横向位移方向相反。而当入射角大于全内反射角时,两个分量都将朝着正方向发生横向位移。通过比较发现手征负折射介质中的古斯汉欣位移特性与常规介质和一般手征介质也有着很大的不同之处。     

б�����Ų��ڷǾ�����ײ���������е�����ͷ�������

提出碰撞吸收型等离子体的等效折射指数,重新计算了折射角,并与利用常规方法得到的折射角进行了比较。分析了等离子体密度和碰撞频率对折射角的影响。考察了斜入射电磁波在吸收型等离子体中的折射特性,并以一维非均匀碰撞吸收型等离子体为例,对斜入射电磁波的反射特性进行了考察。结果表明,等效折射指数的概念涵盖了入射角度的影响,在考察斜入射时更准确、便捷。