单轴晶体中的负折射现象研究

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可以使得负折射现象更为明显,获得最佳光轴角和最大入射临界角。各向异性强的晶体实现负折射的入射角范围可能会很大。讨论了单轴晶体中和负折射率介质中的负折射现象的区别：负折射率介质中的负折射是由负的折射率引起的,单轴晶体中是由于各向异性决定的。同时还发现单轴晶体中的能流负折射现象不能实现Pendry在理论上所预言的完美透镜。     

圆偏振光在手征负折射材料表面的反射和极化特性研究

从理论上分析了圆偏振光入射到手征负折射材料表面的反射与透射特性,给出了归一化反射透射功率与入射角的关系曲线以及布儒斯特角与手征参数之间的关系曲线.当入射角大于两个本征波的临界角时,全内反射现象发生.由于手征负折射介质中的一个本征波发生了负折射,右旋或左旋圆偏振光入射时反射波的极化态有着与常规介质完全不同的特性,以布儒斯特角入射时反射光都为线偏振波但极化方向并不相同.     

含负折射率材料的一维光子晶体的光学传输特性

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的光学传输特性.计算了这种含负折射率材料的一维光子晶体的透射谱和色散关系.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带,从光学薄膜理论的色散关系出发解释了形成上述现象的原因.讨论了在不同的偏振模式下,光以中心波长入射时,反射率随着入射角度的变化关系.发现含负折射率材料的一维光子晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对中心波长的全方位反射.     

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。     

含负磁导率或双负材料的一维光子晶体的全方位带隙中波的反射相位特性

运用传输矩阵法研究了含负磁导率或双负材料的一维光子晶体结构在全方位光子禁带中波的反射相位谱.研究发现"负磁导率材料-正折射率材料"光子晶体和"双负材料-正折射率材料"光子晶体,在所述带隙中,对TE波而言,反射相位随入射角的增大而增大;对TM波而言,禁带频率范围内波的反射相位随入射角的增大而减小;TE波和TM波,两种结构的反射位相均随介质层的厚度缩放因子增大而增大,且都与周期数无关.     

双折射消偏振膜的设计和制备

基于倾斜沉积薄膜材料的双折射特性,采用单一TiO2设计和制备了中心波长为632 nm的双折射消偏振膜。首先以60°和70°的沉积角度镀制了TiO2单层膜,通过单层膜的透射光谱分别拟合出两种沉积角度下薄膜对s和p偏振光的等效折射率nPH,nSH和nPL,nSL。通过对折射率的组合,实现正入射时s偏振光透射率大于p偏振光,而入射角度增大会使两者透射率差值减小,基于这一思想设计并制备了消偏振膜。分别测量了消偏振薄膜在400~800 nm波段范围内正入射及倾斜入射条件下s和p偏振光的透射光谱。入射角为60°时,s偏振光反射带宽基本与p偏振光反射带宽重合,在波长632 nm左右基本实现消偏振。结果表明,利用材料的双折射特性,可以设计和制备出倾斜入射条件下消偏振薄膜。     

参量阵辐射的声波在水-沙界面的传播

T.G.Muir等人指出参量阵辐射的声波在水-沙界面的透射同常规平面波透射相比较,具有两个特点:第一,透射波的峰值出现在联接水中发射换能器和沙中水听器的直视角方向上,而不是出现在Snell折射定律所规定的方向上;第二,当入射角大于临界角时,透射波掠角不为零,而且其衰减比较小。 在理论分析和实验研究的基础上,本文指出,这些异常现象是由参量阵的体积阵特性、沙层介质的吸收特性以及特定的实验方法所致。文中描述的等阵长参量阵入射情况下的研究结果,证实了上述论点,指出声参量阵辐射的声波在分层介质中的传播本质上依然满足Snell折射定律。参量阵的视线传播现象在某些应用中具有实际价值。     

含有吸收材料对称结构一维三元光子晶体的透射谱

利用传输矩阵法理论,研究含吸收材料对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明:当各层介质无吸收时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质的折射率为带有正虚部的复数,即介质存在吸收时,禁带中的透射峰出现明显的透射衰减,且随着复折射率虚实比β的增大透射率出现单调衰减规律;当单个介质存在吸收时,随着各介质折射率虚实比的增大,透射率的衰减速度存在各异,其中以C介质的折射率虚实比βc对透射峰透射率的影响较大,其次为B,A的影响相对较小;当所有介质同时存在吸收时,透射衰减最为明显。这些特性为光学衰减器的设计提供理论指导意义。     

光在有缺陷存在的斐波那契准晶中的透射特性

利用传输矩阵方法,模拟研究了FC(N)准晶链排列的多层介质膜中存在不同缺陷情形时,光在其中传播的透射规律.结果表明,当Fibonacci准晶中存在缺陷时,引入了缺陷模,而且其缺陷模具有与自身结构相关的特点.还进一步模拟研究了存在负折射率吸收缺陷媒质时的FC(N)准晶链的透射系数,出现了共振透射率大于1的情形.同时还研究了负折射率缺陷媒质的虚部对禁带中共振透射峰大小的影响,发现并不是所有引入负折射率吸收缺陷媒质的准晶都会出现共振透射率大于1的现象.     

利用含负折射率材料的光子晶体实现角度滤波器

利用光子晶体的共振隧穿效应，并结合由负折射材料引起的零平均折射率带隙，设计出一种新型的角度滤波器，使得对于某一频率范围内的入射电磁波仅在特定入射角度的波能够全透，而其他角度的波不能透过.这将在微波器件乃至光学器件上有广泛应用. 关键词： 光子晶体 负折射率材料 共振隧穿     

超常介质中光轴任意取向时电磁波传播的反常现象研究

当电磁波的传输轴和各向异性超常介质的光轴成任意夹角时,发现在界面处可以产生反常全向全反射和反常负折射现象.导出了电磁波的入射角和能流折射角之间的函数关系,根据此关系可方便地选择合适的介电张量和磁导率张量,使特定入射角所对应的折射是正或是负.此外,发现当入射角小于某一角度时,尤其在垂直入射附近时,透射率最小甚至为零;基于这一特性,提出了一种新型的薄片型高通空间滤波器的构想,和传统的空间滤波系统相比,可以大大减少滤波系统的体积;这一特性也可用于构造空间低频反射器件. 关键词： 超常介质 各向异性 反常传播 空间滤波     

SiO_2单层膜的反常色散研究

利用等效折射率概念分析了SiO2单层膜反常色散出现的原因,并在1.1 m镀膜机上证明了理论分析的合理性.结果表明,理论分析与实验结果一致,沿薄膜厚度方向折射率的对称周期变化使薄膜的等效折射率变化在可见光波段与致密膜层的变化不一致,表现出反常色散的现象.膜厚方向折射率变化周期越大,等效折射率随波长增加的趋势就越大,薄膜表现出的反常色散特性越明显.沿膜厚方向折射率变化幅度的对色散特性影响次之.     

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.     

基于宽光谱应用的波长解复用多重体光栅的光写入特性

针对光通信中波长覆盖范围日益增宽的特点,从理论上研究了用于宽光谱范围波长解复用器件的多重体光栅的布喇格匹配和各波长对应光栅衍射效率的均匀性.计算及实验结果均表明,由于记录介质的色散效应将导致多重体全息光栅读出过程中明显的布喇格失配,并且在写入过程中获得的均匀折射率调制度的多重体光栅,在读出过程中各通信波长对应光栅的衍射效率将不均匀为此,提出了改进多重体光栅的光写入方法,给出了利用角度复用法写入透射型多重体光栅时解复用波长与写入角度的关系,以及写入体光栅过程中记录介质的折射率调制度修正公式.     

Single layer homogeneous model for surface roughness by polarized light scattering

In this paper a homogeneous single layer model for surface roughness by polarized light has been developed. It has been shown that the reflectance change in non-absorbing layer is directly proportional to the refractive index of the ambient and substrate media for s polarization but inversely proportional to the p polarization and it is directly proportional to the square of the thickness of the layer for both the polarization. In an absorbing layer, it has been shown that the thickness of the layer is equal to the twice of surface roughness of the single layer identical system for s polarization but it is ratio of twice of surface roughness to the square of refractive index of thin film for p polarization. The extinction coefficient of the layer is directly proportional to the thickness of that layer for both the polarization. The consequence of the scattered light on the specular reflectance and transmittance for oblique incidence shows that there is reduction in reflectance (in both non-absorbing and absorbing cases) and transmittance (in the absorbing case for p polarization only), due to roughness on the surface under the Drude effective-medium approximation. Thus such an absorbing layer provides a valid model for the effect of scatter on the transmittance for p polarization only.     

折射率梯度引起反转的光自旋霍尔效应研究

从经典电动力学出发,研究了由折射率梯度导致的反转光自旋霍尔效应。通过分析光从光疏介质入射到光密介质和从光密介质入射到光疏介质两种情况,揭示了光自旋霍尔效应中的横移与偏振态、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系。当入射角一定时,光从光疏介质入射到光密介质时的水平偏振横移绝对值大于垂直偏振横移,而从光密介质入射到光疏介质的情况正好与之相反,并且传输场的横移方向取决于折射率梯度方向,增大入射角能明显增强光自旋霍尔效应,对某一特定的线偏振光束,其左、右旋圆偏振光分量的横移等值反向。这些研究结果为调控光自旋霍尔效应提供了有效途径。     

一种性能稳定的新Y形单元厚屏频率选择表面

厚屏频率选择表面(FSS) 能克服双层或多层薄屏FSS级联引起的结构复杂和中心频率透过率容易降低的不利影响, 并且在拓展FSS带宽方面具有优势, 这使其在曲面隐身雷达天线罩应用方面有潜在的价值. 但是, 当电磁波以大范围角度入射时, 中心频率可能会随入射角度的变化而漂移, 而且在大角度入射时不易实现极化稳定性. 本文针对此问题, 设计了一种新Y形单元厚屏FSS, 利用模式匹配法对此结构进行分析计算, 并研究TE, TM波入射时角度变化及大角度入射时极化变化对通带带宽、 中心频率及其透过率的影响. 仿真实验结果表明: 新Y形单元厚屏FSS的中心频率在TE, TM波入射时均能实现角度稳定性和大角度入射时的极化稳定性. 这为FSS在曲面隐身雷达天线罩上的应用提供了一种借鉴.     

SERS activity of silver and gold nanostructured thin films deposited by pulsed laser ablation

The deposition power dependence of visible transmittance and refractive index of room temperature-deposited ZnO:Al thin films by RF magnetron sputtering has been studied. All films exhibited high visible transmittance and near-complete UV absorption. The refractive index of the films decreased continuously with an increase in the RF power at all photon energies in the visible and near-IR region, which has been partially attributed to the decreased packing density of the films. For each film, the refractive index exhibited strong frequency dispersion in the weak-absorption region. The origin of optical dispersion at different RF power has been discussed in the light of a single-oscillator model.