光学材料 光学晶体、液晶

O713 2005064433 单轴晶体中的负折射现象研究=Investigation of negative refraction in a uniaxial crystal[刊,中]/罗海陆(华南师范 大学传输光学实验室．广东,广州(510631))．胡巍…∥光 学学报．-2005,25(9),-1249-1253 分析了在各向同性介质和单轴晶体界面实现负折射 的最佳条件。计算发现,通过调节光轴角和各向异性参量     

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。     

光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性

根据单轴晶体的双折射和双反射性质,通过数值计算研究了光轴在入射面内并与晶体界面成任意角时光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性.结果表明,光轴取向对相位变化有较大影响,光从光疏各向同性介质射入单轴晶体时,光轴方向改变反射光p分量的相位突变点,但对折射光p分量相位无影响.光从光密各向同性介质射入单轴晶体未发生全反射时,光轴方向同时影响p分量反射光和折射光的相位突变|发生全反射后,光轴方向影响反射光p分量的相位变化曲线.从单轴晶体出射到光疏各向同性介质未发生全反射时,光轴方向改变反射光p分量的相位跃变规律,折射光p分量在光轴方向和晶面成小角度时在布儒斯特角附近发生相位突变|发生全反射后,反射光p分量的相位变化曲线随光轴方向的改变发生较大变化.     

光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性

根据单轴晶体的双折射和双反射性质,通过数值计算研究了光轴在入射面内并与晶体界面成任意角时光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性.结果表明,光轴取向对相位变化有较大影响,光从光疏各向同性介质射入单轴晶体时,光轴方向改变反射光p分量的相位突变点,但对折射光p分量相位无影响.光从光密各向同性介质射入单轴晶体未发生全反射时,光轴方向同时影响p分量反射光和折射光的相位突变;发生全反射后,光轴方向影响反射光p分量的相位变化曲线.从单轴晶体出射到光疏各向同性介质未发生全反射时,光轴方向改变反射光p分量的相位跃变规律,折射光p分量在光轴方向和晶面成小角度时在布儒斯特角附近发生相位突变;发生全反射后,反射光p分量的相位变化曲线随光轴方向的改变发生较大变化.     

单轴晶体和各向同性介质交界面上e光光线的折射

根据光在各向异性介质中遵从的Ｆｅｒｍａｔ 原理,较系统地讨论了单轴晶体和各向同性介质交界面上的ｅ 光（ 非常光） 光线的折射,得到了光轴在任意取向情况下的折射基本公式。同时给出一般情况下确定ｅ 光线折射角的具体解。在此基础上对几种特殊的光轴取向给予了较详细的讨论。最后讨论了ｅ 光线的折射公式与ｅ 光波法线的折射定律的等价性,从而说明Ｆｅｒｍａｔ 原理与光的电磁波理论存在内在的一致性。     

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.     

用布儒斯特角法同时测定单轴晶体的折射率和光轴方向

在理论上分析了光轴任意方向的单轴晶体的折射率．根据布儒斯特角原理,当线偏振光的电场矢量平行于入射面时,通过测出对样品三个表面的布儒斯特角,就能同时确定单轴晶体的折射率和光轴方向．并利用分光计,在光轴不确定的情况下,测定了方解石的两个主折射率和光轴方向．     

椭圆高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输特性

基于光束在各向异性介质中的傍轴矢量传输理论,导出了椭圆高斯光束在各向异性单轴晶体中垂直于光轴的传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,研究了各向异性介质对x方向偏振的椭圆高斯光束偏振特性的影响. 研究表明,晶体的各向异性对光束的偏振和对称性有较大影响. 关键词： 椭圆高斯光束 单轴晶体 各向异性 传输     

再论各向异性单轴晶体的布儒斯特角

从各向同性介质和各向异性单轴晶体界面间的菲涅耳公式出发,进一步研究了当自然光从各向同性介质射向各向异性且光轴任意取向的单轴晶体界面上时,其反射光成为垂直入射面的线偏振光时所对应的入射角,即布儒斯特角是否存在的问题,并对该问题进行了较全面的论述,计算了相应条件下的布儒斯特角和有关参量的数值,得到了正确的结论,同时也指出了某些文献在论述该问题时的不妥之处.     

聚焦光在单轴晶体中的感应磁化

运用矢量衍射理论,分析了高度聚焦的圆偏振激光脉冲在具有逆法拉第效应的单轴晶体中产生的感应磁化分布.详细研究了界面位置不同对磁化分布的影响,比较了小双折射效应的单轴晶体中的磁化分布与均匀介质中的磁化分布.计算结果发现:随着界面向透镜移动,磁化强度的最大值和磁化斑的最小值位置沿着光轴方向移动.在单轴晶体中的磁化强度大于在均匀介质中的磁化强度.但是,在单轴晶体中的磁化斑的大小比在均匀介质中的小.描述单轴晶体各向异性的光磁常量与各向同性的光磁常量的比值愈大,磁化强度愈大,磁化斑愈小.     

Negative refraction at various crystal interfaces

In an anisotropic positive index media the tangential components of Poynting vector S and that of wavevector k can have the opposite signs under certain conditions. The phenomenon is called as the anomalous negative refraction. The negative refraction phenomenon at planar interfaces between isotropic medium-crystal and crystal-crystal media has been analyzed. The crystals can be both uniaxial axis and biaxial axis and the azimuth of optical axis can be arbitrary. The negative refraction phenomenon under various azimuth of optical axis is analyzed. The phenomena can be very evident if the optical axis angle is arranged appropriately. The optimal conditions are obtained. For strong anisotropy crystal, the maximum incident angle that yields the negative refraction and the bending angle could be very large. For the interface of biaxial crystal the anisotropy parameter of crystal u₁ = n_z/n_x plays a dominant role in effect on negative refraction.     

非寻常光的折射规律

在单轴晶体的光轴与入射面平行的情形下用费马原理计算非寻常光光线的折射角，然后就怎样定义非寻常光作些讨论，最后在单轴晶体的光轴任意取向的普遍情形下给出计算非寻常光光线折射方向的公式。     

单轴晶体光轴任意取向时非寻常光的折射规律

在单轴晶体光轴任意取向的情形下 ,应用惠更斯原理导出了非寻常光折射方向的普遍计算公式 ,并给出了确定非寻常光线折射面和折射角的具体解。结合几种熟知的特殊情形进行了简要讨论 ,揭示了文中所得到的折射规律较之斯涅尔定律更具有普遍性 ,从而为光学系统中各类单轴晶体光学元件的应用提供了一个理论依据     

Inverted (negative) refraction of an electromagnetic wave in an anisotropic medium

Through the example of a uniaxial crystal, it is shown that inverted (negative) refraction of an electromagnetic wave in an anisotropic medium (in contrast to an isotropic medium) may occur even when the spatial dispersion of the dielectric tensor is neglected.     

高斯光束在单轴挛晶界面上的反射与折射

给出了高斯光束入射到挛晶结构的电磁场分布,解出了反射系数和透射系数。根据晶体的色散关系解出了入射角、反射角和折射角关于晶体参量及波矢的方程,并根据角度方程给出了在一定参量下反射角和折射角关于入射角变化的关系图,以图示的方法显示了光束在界面处的异常性质。根据角度关系和反射、透射系数分析了异常光束在界面处能够出现二性折射、负反射、全透射和全反射等光束的奇特性质;分析了出现这些奇特性质对晶体参量和入射角所要求的条件。根据时间平均的能流密度公式,用数值模拟的方法给出了二性折射、全透射和全反射在特定参量下的高斯光束在挛晶内的能流密度分布图及当发生全反射时不同宽度光束在界面处关于入射角的古斯-亨兴(Goos-Hanchen)位移。     

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.     

Anomalous wave propagation in quasiisotropic media

Based on boundary conditions and dispersion relations, the anomalous propagation of waves incident from regular isotropic media into quasiisotropic media is investigated. It is found that the anomalous negative refraction, anomalous total reflection and oblique total transmission can occur in the interface associated with quasiisotropic media. The Brewster angles of E- and H-polarized waves in quasiisotropic media are also discussed. It is shown that the propagation properties of waves in quasiisotropic media are significantly different from those in isotropic and anisotropic media.