高斯波束在双负媒质中的传播特性分析

提出了一种基于Drude色散媒质模型的2维TM模时域有限差分法,数值模拟了高斯波束从自由空间垂直入射和斜入射到双负媒质(介电常数和磁导率同时为负)平板后的折射现象,并给出了平板内外的电场强度分布。模拟结果显示：垂直入射时,双负媒质平板对高斯波束具有汇聚作用,通过改变媒质的折射率,可以控制高斯波束通过组合平板的传播时间而不发生衰减;斜入射时,折射波束与入射波束均位于法线的同一侧,高斯波束在双负媒质与空气交界面处发生了负折射。     

高斯波束在光子晶体中的负折射特性分析

为了研究光子晶体中的负折射行为,我们应用2维TM模时域有限差分方法,数值模拟了高斯波束从自由空间垂直入射和斜入射到二维三角晶格光子晶体平板后的折射现象,并给出了平板内外的电场强度分布.模拟结果显示:垂直入射时,光子晶体平板对高斯波束具有汇聚作用,汇聚特性随着波源到晶体的距离的改变而发生显著的变化;斜入射时,折射波束与入射波束也均在法线的同一侧.结果证明了高斯波束在光子晶体和空气的交界面发生了负折射.模拟结果有望在制作聚焦透镜、带通滤波器、耦合器等光子晶体器件方面得到重要应用.     

负媒质模型的时域有限差分法分析

负折射率媒质是一种人造媒质,在某一微波波段内其介电常数和磁导率同时为负值。对TE模电磁场满足的麦克斯韦方程组进行数值处理,解决了直接利用时域有限差分方法在Yee’s网格下计算负折射率媒质内部场分布时的数值发散问题。通过数值算例,验证了方法的可行性,模拟了负折射率媒质内部及周围的电磁场分布。     

负媒质模型的时域有限差分法分析

 负折射率媒质是一种人造媒质,在某一微波波段内其介电常数和磁导率同时为负值。对TE模电磁场满足的麦克斯韦方程组进行数值处理,解决了直接利用时域有限差分方法在Yee’s网格下计算负折射率媒质内部场分布时的数值发散问题。通过数值算例,验证了方法的可行性,模拟了负折射率媒质内部及周围的电磁场分布。     

负折射率媒质雷达散射特性分析

 从负折射率媒质的本构关系出发,应用分段线性递推卷积(PLRC)方法推导出负折射率媒质中的时域有限差分（FDTD）计算公式,建立了基于分段线性递推卷积的FDTD方法(PLRC-FDTD)。并应用该方法计算了负折射率媒质覆盖导体柱的雷达散射截面,分析了负折射率媒质参数对其雷达散射截面的影响。结果表明,恰当地选择负折射率媒质参数能有效减小目标的雷达散射截面。     

负折射率媒质雷达散射特性分析

从负折射率媒质的本构关系出发,应用分段线性递推卷积(PLRC)方法推导出负折射率媒质中的时域有限差分（FDTD）计算公式,建立了基于分段线性递推卷积的FDTD方法(PLRC-FDTD)。并应用该方法计算了负折射率媒质覆盖导体柱的雷达散射截面,分析了负折射率媒质参数对其雷达散射截面的影响。结果表明,恰当地选择负折射率媒质参数能有效减小目标的雷达散射截面。     

色散媒质中的理想匹配层吸收边界及其误差分析

根据色散媒质的性质及电磁波在不同媒质交界面上的反射的机理，证明并分析了在理想匹配层吸收边界中引入色散可实现有效吸收入射到吸收边界上的电磁波，从而达到减少时域有限差分法计算区域和计算误差的目的。     

二维光子晶体负折射现象条件及特性研究

结合光子晶体带隙图和等频率线图分析了二维光子晶体中出现负折射现象的条件,得出了负折射现象出现的频率范围.采用有限时域差分法模拟了光在光子晶体界面和内部的传输行为,验证了以上理论所给出的负折射出现的频段,观察到了明显的负折射现象.比较了不同介质、不同晶格结构光子晶体中不同频率的负折射行为.提出一种新结构的六角型二维三角晶格光子晶体分光镜的模型.     

金属平板覆盖负折射率媒质的电磁波反射系数的PLRC-FDTD分析

推导了负折射率媒质中的FDTD分段线性递归卷积(PLRC)计算式,并将PLRC-FDTD方法用于仿真电磁波与负折射率媒质的相互作用, 计算了金属平板覆盖负折射率媒质层对垂直入射电磁波的反射系数。数值结果表明：负折射率媒质包层可以极大地减少目标的电磁回波能量,碰撞频率越大,振荡频率越小,其吸波性能越好;负折射率媒质碰撞频率、振荡频率及其分布形式是影响反射系数的重要因素。     

金属平板覆盖负折射率媒质的电磁波反射系数的PLRC-FDTD分析

 推导了负折射率媒质中的FDTD分段线性递归卷积(PLRC)计算式,并将PLRC-FDTD方法用于仿真电磁波与负折射率媒质的相互作用, 计算了金属平板覆盖负折射率媒质层对垂直入射电磁波的反射系数。数值结果表明：负折射率媒质包层可以极大地减少目标的电磁回波能量,碰撞频率越大,振荡频率越小,其吸波性能越好;负折射率媒质碰撞频率、振荡频率及其分布形式是影响反射系数的重要因素。     

横向激发线偏振高斯光束的非傍轴传输

文章提出一种横向激发的任意线偏振高斯光束,该光束场量的模与传统的任意线偏振高斯光束具有相同的模,在源场区,其满足自由空间无源场的场方程。同时利用瑞利—索末菲衍射积分对该高斯光束的非傍轴传输特性进行了解析研究,给出了空间光强分布、束腰和远场发散角的解析通式,发现该类光束的远场光强呈一平顶空心光束。     

Electromagnetic wave propagation through frequency-dispersive and lossy double-negative slab

This study presents the electromagnetic wave propagation through the frequency-dispersive and lossy double-negative slab embedded between two different semi-infinite media. The double-negative slab is realized by using two models, the Lorentz and Drude medium models. The properties and the required equations for the frequency-dispersive and lossy double-negative slab, the Lorentz medium and Drude medium are given in detail. After the construction of the problem, the reflection and transmission coefficients are derived for both TE and TM waves. Then, the reflected, transmitted and loss powers are determined using these coefficients. Finally, in the numerical results, the mentioned powers for TE and TM waves are computed and illustrated as a function of the incidence angle, the frequency and the slab thickness when the damping frequency changes.     

Propagation characteristics of TM Gaussian beam

The propagation characteristics of TM polarized Gaussian beam, which is the rigorous solution of an eigenfunction problem for a confocal resonator, have been investigated using the nonparaxial vectorial moment theory of light beam propagation. The analytical expressions of the beam propagation factors are given by means of Fourier transform. Both the transversal second-order moment beam widths follow a simple hyperbolic variational law. For nonparaxial case, however, beam has different propagating features in the two transversal directions. As to paraxial case, its propagation approximately reduces to that of scalar Gaussian beam TEM₀₀ mode.     

高斯光束通过非线性折射和吸收介质的光强分布

以衍射理论为基础,推导并模拟了高斯光束通过非线性折射和吸收效应介质后的远场光强分布。结果表明:入射高斯光束引起的介质折射率变化和光束波前曲率影响介质出射面光束的径向调制相位,安装在焦点前的有自聚焦效应的介质和安装在焦点后的有自散焦效应的介质具有闪耀光栅的能力,使远场出现中心为暗斑外侧为亮环的衍射图样。非线性折射效应为主的介质,其非线性吸收效应的变化同时改变远场衍射图样的数目和光强值,但对于非线性吸收效应为主的介质,衍射图样的数目随吸收效应的变化不明显,吸收效应只影响光强值。     

椭圆平顶高斯光束及其传输特性

 用张量光学方法定义了三维不可分离变量的椭圆平顶高斯光束(EFGB),导出了这种光束经过非轴对称光学系统的传输公式及相应的张量ABCD定律, 并对EFGB经过自由空间的传输作了数值计算。结果表明, EFGB的传输特性依赖于阶次, 而且耦合EFGB的光强分布在传输过程中会发生旋转。     

Paraxial propagation of a partially coherent flattened Gaussian beam through apertured ABCD optical systems

By expanding the hard aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, some approximate analytical formulae for the cross-spectral density of a partially coherent flattened Gaussian beam (FGB) propagating through apertured aligned and misaligned ABCD optical systems are derived based on the generalized Collins formula. The results obtained by using the approximate analytical formula are in good agreement with those obtained by using the numerical integral calculation. As a numerical example, the focusing properties (including average irradiance distribution and focal shift) of a partially coherent FGB focused by an apertured thin lens are studied, and it is found that the focusing properties of a partially coherent FGB are closely related to its initial coherence and the aperture width. Our results provide an effective and fast way for studying the paraxial propagation of a partially coherent FGB through apertured ABCD optical systems.     

高斯光束通过非线性介质层的限幅效应

本文用数值分析的方法研究了两维高斯光束通过一定厚度的非线性折射介质后在线性空间传播的状态,分析了光束的近场和远场横向强度分布及通过一定孔径光阑的功率.结果表明,在考虑到光束经过非线性介质时,相位与横向分布都会发生变化后,仅在非线性折射效应作用下,在远场就存在限幅效应.在一定的强度范围之内,近场也存在限幅利用的可能性.     

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式, 以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。     

Collapse arrest in a two-dimensional Airy Gaussian beam and Airy Gaussian vortex beam in nonlocal nonlinear media

Propagation dynamics of a two-dimensional Airy Gaussian beam and Airy Gaussian vortex beam are investigated numerically in local and nonlocal nonlinear media. The self-healing and collapse of the beam crucially depend on the distribution factor b and the topological charge m. With the aid of nonlocality, a stable Airy Gaussian beam and an Airy Gaussian vortex beam with larger amplitude can be obtained, which always collapse in local nonlinear media. When the distribution factor b is large enough, the Airy Gaussian vortex beam will transfer into quasi-vortex solitons in nonlocal nonlinear media.