双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移

当入射角大于全反射临界角时,双棱镜结构中透射和反射光束的古斯-汉欣(Goos-Haenchen)位移具有饱和效应,并且只有波长数量级。利用稳态相位法研究了当入射角小于全反射临界角时双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移。研究表明,传播模式下透射光束的古斯-汉欣位移是空气层厚度、入射角和双棱镜折射率的周期性函数。当透射共振时,透射光束的古斯-汉欣位移可达入射波长的几十倍,与入射角大于全反射临界角的情况相比,透射光束的位移通过边界的相互作用具有共振增强效应;在非共振点处,对称结构中的反射光束具有与透射光束相同的古斯-汉欣位移。共振增强的透射光束的位移在光开关及光耦合器中具有潜在的应用。     

物理光学 光学性质、效应

O436 2005053266 双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移=Goos-Hanchen shift of the transmitted light beam in a two-prism configu- ration[刊,中]／朱绮彪(上海大学理学院物理系．上海 (200444)),李春芳…∥光学学报．-2005,25(5)．-673- 677 利用稳态相位法研究了当入射角小于全反射临界角 时双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移。研究表明, 传播模式下透射光束的古斯-汉欣位移是空气层厚度、入 射角和双棱镜折射率的周期性函数。当透射共振时,透射 光束的古斯-汉欣位移可达入射波长的几十倍,与入射角 大于全反射临界角的情况相比,透射光束的位移通过边界 的相互作用具有共振增强效应;在非共振点处,对称结构 中的反射光束具有与透射光束相同的古斯-汉欣位移。图     

基于奇异光学束缚态的古斯-汉欣位移增大

作为一类具有代表性的光学共振模式,光学束缚态已被用于大幅增大古斯-汉欣位移。然而,在大多数的研究工作中,人们利用的是透射型的束缚态来增大古斯-汉欣位移。因此,古斯-汉欣位移的峰值位于透射谱的极大值(即反射谱的极小值)处,对应的反射率很低,这不利于实验测量与实际应用。本综述阐述了本课题组在近年来利用两种奇异的光学束缚态增大古斯-汉欣位移的研究情况。第一种光学束缚态为四部分光栅-波导复合结构中的连续谱准束缚态。古斯-汉欣位移的峰值位于反射谱的极大值处,反射率高达100%。第二种束缚态为光子晶体异质结中的界面态。界面态的反射率可由光子晶体的虚相位的失配程度进行灵活调节。古斯-汉欣位移的峰值虽位于反射谱的极小值处,但反射率仍可达到97.6%。这两种奇异的光学束缚态在大幅增大古斯-汉欣位移的同时,保持了较高的反射率,这克服了传统增大古斯-汉欣位移的方法的低反射缺点。由于这两种奇异的光学束缚态具有较高的反射率,古斯-汉欣位移将更容易在实验上被测量到,因此后续有望将其应用在各类高性能传感器、光开关、光存储器件、波分(解)复用器件和偏振分光器件的设计中。     

概率波的古斯-汉森位移

概率波在传输过程中很多性质可以与电磁波进行类比,电磁波入射至两种介质的交界面上发生全反射时会产生古斯-汉森位移,概率波在穿透势垒时也有类似的古斯-汉森位移现象,本文推导了概率波穿透方势垒时的古斯-汉森位移表达式,并讨论了该位移与入射角、势垒宽度、粒子能量等参量之间的关系.     

古斯—汉欣位移的发现与发展

目前古斯-汉欣位移泛指有限束宽光束在界面处反射或透射时,在入射平面内会出现偏离几何光学预言的一小段横向移动量。古斯—汉欣位移的研究可追溯至牛顿时代,但直到1947年才在实验上发现了该位移,此后人们开始对其逐步深入研究。作为一种基本的物理现象,它已延伸到声学、量子力学和物质波等领域。文章作者结合自身研究经历与认识,从古斯—汉欣位移的发现、理论解释及最新的研究进展等方面对其进行介绍。     

基于古斯-汉欣位移的双通道窄带滤波器

本文利用光束在对称金属包覆波导表面反射得到的异常大的古斯-汉欣(Goos-Hänchen)位移,通过实验实现了双通道窄带滤波.当入射激光波长为859.60 nm时,两通道滤波的峰值位置分别为859.604 nm和859.688 nm,峰值半宽(FWHM)为0.036 nm,而消光比达到15.3 dB.峰值波长可通过改变入射角或小孔位置实现调谐. 关键词： 古斯-汉欣(Goos-Hä nchen)位移 光波导 双通道 滤波器     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关（英文）

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃。在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数字式光开关功能。实验中,器件结构引起的光损耗为0.3 dB,开关功率为130～150 mW,开关时间约为50μs,相邻输出端之间隔离度为15 dB。与马赫-曾德尔干涉仪型的2×2热光开关和等离子体效应热光开关的最新结果进行比较证明了该数字式热光开关的先进性。     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃。在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数字式光开关功能。实验中,器件结构引起的光损耗为0.3 dB,开关功率为130~150 mW,开关时间约为50μs,相邻输出端之间隔离度为15 dB。与马赫-曾德尔干涉仪型的2×2热光开关和等离子体效应热光开关的最新结果进行比较证明了该数字式热光开关的先进性。     

银树枝左手超材料的反常古斯-汉欣位移

左手超材料的反常古斯-汉欣位移研究在理论提出后一直没有相关的实验报道。采用干涉法,通过实验测量了银树枝左手超材料在部分反射下的反常古斯-汉欣位移。利用沃拉斯顿棱镜将入射光分为s偏振光和p偏振光,在经过银树枝左手超材料表面反射后,两束偏振光相互干涉得到了干涉图样;通过对干涉图样进行分析计算,得到了样品的古斯-汉欣位移。实验结果证实,当入射光与银树枝左手超材料的谐振频率一致时,古斯-汉欣位移值为负。     

银树枝左手超材料的反常古斯-汉欣位移EI北大核心CSCD

左手超材料的反常古斯-汉欣位移研究在理论提出后一直没有相关的实验报道。采用干涉法,通过实验测量了银树枝左手超材料在部分反射下的反常古斯-汉欣位移。利用沃拉斯顿棱镜将入射光分为s偏振光和p偏振光,在经过银树枝左手超材料表面反射后,两束偏振光相互干涉得到了干涉图样;通过对干涉图样进行分析计算,得到了样品的古斯-汉欣位移。实验结果证实,当入射光与银树枝左手超材料的谐振频率一致时,古斯-汉欣位移值为负。     

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。     

Dynamic spin-polarized resonant tunneling in magnetic tunnel junctions

Precisely engineered tunnel junctions exhibit a long sought effect that occurs when the energy of the electron is comparable to the potential energy of the tunneling barrier. The resistance of metal-insulator-metal tunnel junctions oscillates with an applied voltage when electrons that tunnel directly into the barrier's conduction band interfere upon reflection at the classical turning points: the insulator-metal interface and the dynamic point where the incident electron energy equals the potential barrier inside the insulator. A model of tunneling between free electron bands using the exact solution of the Schr?dinger equation for a trapezoidal tunnel barrier qualitatively agrees with experiment.     

Direct measurement of the wigner delay associated with the goos-Hanchen effect

It is shown experimentally that the nonspecular reflection of light on an interface induces a time delay, as predicted by Wigner's scattering theory. A differential femtosecond technique is used to directly isolate this delay, associated with the Goos-Hanchen spatial shift produced by a grating near a resonant Wood anomaly. A delay of 4.4 fs is observed between TE and TM pulses, in agreement with the expected Wigner delay obtained from phase shift dispersion measurements.     

Anisotropic and valley-resolved beam-splitter based on a tilted Dirac system

We investigate theoretically valley-resolved lateral shift of electrons traversing an n–p–n junction bulit on a typical tilted Dirac system (8-Pmmn borophene). A gauge-invariant formula on Goos–Hänchen (GH) shift of transmitted beams is derived, which holds for any anisotropic isoenergy surface. The tilt term brings valley dependence of relative position between the isoenergy surface in n region and that in the p region. Consequently, valley double refraction can occur at the n–p interface. The exiting positions of two valley-polarized beams depend on the incident angle and energy of incident beam and barrier parameters. Their spatial distance D can be enhanced to be ten to a hundred times larger than the barrier width. Due to tilting-induced high anisotropy of the isoenergy surface, D depends strongly on the barrier orientation. It is always zero when the junction is along the tilt direction of Dirac cones. Thus GH effect of transmitted beams in tilted Dirac systems can be utilized to design anisotropic and valley-resolved beam-splitter.     

Interaction of an electron bunch with a laser pulse in vacuum

The output properties of electrons accelerated by the vacuum laser acceleration scheme CAS (capture and acceleration scenario) are addressed. The transport process of the electron bunch, the fraction of the CAS electrons of the incident electrons, the correlation of electron energy with position and scattering angle, the energy spectrum and angular distributions as well as the emittance of the outgoing electrons are studied at a laser intensity of a₀=10. In addition, the effects of the laser intensity, beam width, and pulse duration on the properties of the output electrons are also examined. Physical explanations of those output characteristics are presented based on the mechanism behind the CAS scheme. The feasibility of CAS to become a realistic laser accelerator scheme is explored. PACS 41.75.Jv; 42.60.Jf; 41.85.Ja     

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。     

Separation of angular and energy relaxations of nonequilibrium electrons in a solid

We demonstrate that the collision integral of the kinetic equation for the interaction of hot electrons with phonons can be split into substantially different parts that correspond to elastic and inelastic collisions. In particular, this applies to electrons with energies of about 1 eV that propagate in semiconductors. The difference in the characteristic energy and momentum relaxation times makes it possible to separate the angular and energy relaxation processes. If the differential cross section of elastic scattering depends, not on the scattering angle, but on the directions of incident and scattered electrons (which is observed, e.g., for the interaction of an electron with piezoelectric lattice vibrations in A^IIIB^V compounds), the Laplacian in the equation that describes the spatial and energy distributions of electrons can be replaced by an elliptical operator; i.e., the electron diffusion turns out to be anisotropic.     

核力和重子相互作用

本文评述了核力和重子相互作用研究的历程,取得的成就和存在的问题。     

同质硅分子束外延层的界面缺陷的研究

对同质硅分子束外延层的界面缺陷进行了测试与分析．对存在高浓度施主型界面缺陷的Ｐ型材料，通过解泊松方程计算了该材料的肖特基势垒的能带图，得到了该缺陷能级上电子的填充与发射随外加反向偏压变化的情况．并分析了用深能级瞬态谱（ＤＬＴＳ）对其进行测试所需的条件，以及与常规的ＤＬＴＳ测试结果的不同之处．提出了可同时对该缺陷上电子的发射和俘获过程进行ＤＬＴＳ测量的方法．实验测量结果表明，该高密度的界面缺陷的能级位置位于Ｅ_c－０．３０ｅＶ． 关键词：     

吸收媒质反射束Goos-Hnchen位移的直接计算公式

本文导出了从吸收媒质上反射的s和p两种偏振的Goos-Hnchen位移的一般表达式。若令消光系数等于零,它们就简化成McGuilk和Carniglia给出的仅用于非吸收媒质的公式。吸收媒质的位移,在任何不为零的入射角度时都有。在镓的表面上,位移有几个波长。