双光束任意入射各向异性涂层球的散射特性

基于广义洛伦兹-米理论,研究两个聚焦的高斯光束沿着任意方向入射单轴各向异性涂层球的散射特性。基于球矢量波函数的正交特性,推导得到双高斯光束的球矢量波函数展开表达式。通过引入傅里叶变换,求解得到各向异性涂层区域内的电磁场展开式,将涂层球各区域的电磁场用球矢量波函数展开,再结合边界条件,得到沿任意方向传播的双高斯光束入射到涂层球的散射系数和雷达散射截面。数值模拟了雷达散射截面随散射角变化的分布,将单轴各向异性涂层球退化为单轴各向异性球时的散射结果与文献进行对比,结果十分吻合。分析双光束的入射角、粒子内半径、涂层厚度与内半径的比值、电和磁各向异性对散射强度及其散射角分布的影响。该理论和数值分析能够为激光对涂层颗粒的探测、散射以及光学操作提供有益帮助。     

对称型闪耀光栅的矢量模态理论

本文将满足均匀矢量亥姆霍兹方程的标准矢量波函数作为基矢对对称型闪耀光栅槽内、外的电磁场分别进行矢量模式和矢量平面波展开。然后通过在槽内外分界面上的场耦合条件得到一组振幅系数方程组。从方程组中求解出相应的振幅系数,就可研究光栅的衍射场分布。该方法适用于对称型闪耀光栅对任意入射方向、任意偏振态入射场衍射问题的研究。在K_2=0入射情况下,其振幅方程组与已发表的文献[6]相同。     

广义传播矩阵法分析分层各向异性材料对电磁波的反射与透射

在实验室坐标系下由Maxwell旋度方程出发构造了横向场的状态矢量和耦合矩阵,讨论了各 向异性介质中的特征波.通过引入横向场的传播矩阵,进而得到分层各向异性介质的反射系数和透射系数的解析表达式.该式可以适用于一般情况,包括分层单轴各向异性材料和回旋介质,以及半空间各向异性介质的反射和透射问题. 关键词： 广义传播矩阵 各向异性介质 反射与透射     

双球粒子对任意入射单波束及双波束的散射

基于广义Lorenz-Mie理论,研究了双介质球粒子对任意角度入射波束的散射.将入射波束用球矢量波函数展开,推导了双介质球形粒子对任意入射单波束的散射方程;将该方法进一步推广,研究了双波束任意入射时的情况.以Gauss波束为例,对以上理论进行了数值验证,比较分析了单波束及双波束任意入射时散射特性随入射方向、球心距等参数的变化关系.     

双球粒子对任意入射单波束及双波束的散射

基于广义Lorenz-Mie理论,研究了双介质球粒子对任意角度入射波束的散射.将入射波束用球矢量波函数展开,推导了双介质球形粒子对任意入射单波束的散射方程;将该方法进一步推广,研究了双波束任意入射时的情况.以Gauss波束为例,对以上理论进行了数值验证,比较分析了单波束及双波束任意入射时散射特性随入射方向、球心距等参数的变化关系. 关键词： 广义波束因子 双球粒子 Gauss波束     

厄米-高斯光束对手征介质球的远场散射

利用复源点方法将厄米-高斯光束展开为球矢量波函数的形式。基于广义洛伦兹米氏理论,应用手征介质球与自由空间分界面处电磁场切向连续的边界条件以及球矢量波函数的正交性,得到手征介质球远区散射场展开系数。研究了厄米-高斯光束对手征介质球的散射特性。数值计算了厄米-高斯光束对手征介质球的远区散射场分布,分析了波束模式、手征参数和手征球尺寸等对散射特性的影响。     

一种求解任意入射波束的波束因子的方法

提出了一种将任意入射波束因子用矢量波函数展开的方法，根据波束在球坐标系中的展开形式，以及球谐矢量函数与非球坐标系的波矢量函数之间的关系，推导出任意入射波束在相应坐标系中的波束因子的理论表述形式.以椭球坐标系为例，介绍了将离轴的入射波束，用椭球矢量波函数展开的波束因子求解方法，此方法还可应用于柱坐标、椭柱坐标系中波束因子的求解，为研究粒子对任意入射波束的散射打下了基础. 关键词： 波束因子 广义米理论 光散射     

平面电磁波在任意方向运动的介质-介质界面上的反射和透射

研究平面电磁波从一种介质入射到另一种以任意方向运动的介质时,在介质界面上发生的反射和透射现象,从Maxwell方程组、运动界面的边值关系和运动介质的本构关系出发,得到了反射波和透射波电磁场矢量与入射波电磁场矢量的关系的表达式、反射和透射系数,讨论了反射波、透射波与入射波之间的能量关系,电磁波对运动介质作用力的性质,并得出一些新的结论． 关键词：     

复杂含核粒子对贝塞尔波束散射特性的影响

基于面积分方程的矩量法及其快速算法研究了复杂含核粒子对任意入射贝塞尔波束的散射特性.将零阶贝塞尔束的矢量解和坐标系旋转理论相结合,推导出任意入射贝塞尔波束电磁场分量的数学表达式.根据等效原理,建立了求解具有任意形状和复杂内部结构含核粒子散射问题的面积分方程.对贝塞尔波束任意入射下一些复杂含核粒子的散射进行了数值模拟,结果表明:贝塞尔波束入射时的微分散射截面要小于平面波入射时的微分散射截面,且随着半锥角的减小而增大;当波束中心的位置远离粒子中心时,微分散射截面会减小;微分散射截面对波束的入射角非常敏感.这为激光对微粒的探测、诊断以及操纵技术提供有益帮助.     

矩孔光栅的矢量模式理论

本文引入满足均匀矢量亥姆霍兹（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ）方程的矢量波函数作为基矢，对矩孔光栅的孔内外光场分别进行矢量模式展开和矢量平面波展开，并由耦合条件导出了求解展开系数的方程组，从方程组中求解出相应的振幅系数，可研究光栅的衍射场分布，该方法可研究入入射扬方向和偏振任意时的衍射效率和偏振特性等问题。     

金属目标对贝塞尔涡旋波束的近场电磁散射特性

相较于平面波,贝塞尔涡旋旋波束作为典型的涡旋旋波束,以其携带轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)、无衍射、自重建的特性,使其在雷达检测、目标识别与成像等领域具有更加显著的竞争力.本文根据物理光学法和三角形面片建模,并结合贝塞尔涡旋波束的角谱展开法,导出了贝塞尔涡旋波束入射到任意金属目标的散射近场表达式,通过与FEKO软件仿真结果对比验证了本文方法的正确性.数值计算了简单和组合目标的散射近场的幅相和OAM分布以及雷达散射截面(radar cross section,RCS),分析了波束参数、接收面的距离和目标偏移波束距离等因素的影响.结果表明贝塞尔涡旋波束照射下的目标的近场幅相和OAM扰动与多种因素相关,这为进一步利用近场散射特征获得更多的目标信息奠定了基础.     

傍轴光束在单轴左手介质中传输的矢量性质

研究了沿光轴入射的傍轴光束在单轴左手介质中传输的矢量性质.通过平面角谱的方法得到了横电(TE)波和横磁(TM)波在单轴左手介质中传输的严格解，并得到了傍轴近似下的矢量传输模型.利用这一模型，分析得到垂直于光轴方向不同偏振态的入射光束在单轴左手介质中同时激发横向场和低阶纵向场.如果单轴左手介质的介电常数张量在沿垂直于光轴方向上的元素不相等，同时磁导率张量在沿垂直于光轴方向上的两元素也不相等(即z方向为光轴方向，_x≠_y,μ_x≠μ_y),那么入射光束激发的横向场的分布与入射光束的初始场分布和偏振态有关，而纵向场的分布与入射光束的偏振态无关，只决定于入射光束的初始场分布. 关键词： 傍轴传输 单轴左手介质 矢量效应     

二维高斯波束对多层球粒子电磁散射的解析解

基于矢量波函数在球和柱坐标系中表达式之间的转换关系,提出了一种求解球坐标系中二维高斯波束波形因子的方法,得到了二维高斯波束波形因子在球坐标系中的解析公式.结合广义米理论推导了在轴二维高斯波束入射多层球粒子的电磁散射的解析解,并对散射强度随散射角的分布进行了数值模拟,结果与平面波入射情况进行了比较. 关键词： 矢量波函数 波形因子 电磁散射 广义米理论     

单轴各向异性手征介质平板的反射和透射特性研究

研究了光轴平行于界面的单轴各向异性手征介质平板对平面电磁波的反射和透射特性, 推导出了反射和透射系数(功率)公式; 按介电常数的正负分4种情形给出了反射和透射功率曲线; 讨论了手征参数对反射和透射特性的影响, 特别是给出了伪布儒斯特角与手征参数的变化关系曲线. 关键词： 单轴各向异性手征介质 手征参数 伪布儒斯特角 反射和透射     

贝塞尔高斯光束在各向异性湍流中的传输特性

采用随机相位屏仿真方法模拟了各向异性大气湍流及贝塞尔高斯涡旋光束在其中的强度分布、在轴闪烁指数和抖动效应,分析了各向异性湍流参数和波源参数对涡旋光束传输质量的影响.结果表明,在各向异性大气湍流中,贝塞尔高斯涡旋光束的强度分布随传输距离的变化情况与离轴距离有关,仅一级圆环处强度值单调递减,其余次级圆环处强度值均呈现先增后降的趋势.在近距离处,贝塞尔高斯涡旋光束的在轴闪烁指数随波形参数的增大而减小,随光束宽度的增大呈现先上升后下降再上升的趋势,该现象与贝塞尔高斯光束的光斑尺寸大小相关;其抖动效应随波形参数、拓扑荷数量、波长和束腰半径的增大而减弱.但在远距离处贝塞尔高斯涡旋光束的闪烁效应和抖动效应随波形参数的影响与近距离处相反,这与贝塞尔高斯光束的展宽突然增大的现象一致.贝塞尔高斯涡旋光束在各向异性湍流大气中的抖动效应小于在各向同性湍流大气中的情况,并且在远距离处大于拉盖尔高斯涡旋光束的抖动效应.     

柱矢量光束在透射时的自旋霍尔效应

有限光束矢量特性可以由全局化的特征单位矢量和广义琼斯矢量完整地描述,特征单位矢量平行于传播轴的光束为柱矢量光束。通过这种表示理论描述了在近轴近似条件下柱矢量光束的透射情况。在透射过程中光束的特征单位矢量发生了变化,透射光束的特征单位矢量既不平行于传播轴,也不垂直于传播轴。特征单位矢量的变化导致光束产生了一个与入射面垂直的横向位移,同时这个横向位移和光束的偏振椭圆率有关,不同圆偏振态(左旋和右旋)的透射光束所产生的横向位移的方向相反。这一结果和近年来在实验中检测到的均匀偏振光束的自旋霍尔效应类似,表明柱矢量光束在透射过程后也会产生光的自旋霍尔效应。     

各向异性介质浮雕光栅体内光波场的传输

分析了各向异性介质光栅体内光波场的空间分布,并将RTRA递推算法推向了各向异性介质内光波场的传输.数值计算表明,光波场光强的空间分布随透射深度的变化而变化,各向异性介质光栅体内光波场的空间分布相对各向同性介质要均匀,光栅材料的性质参数和光束的入射参数对光波场光强的空间分布有较大的影响等.     

一种半导体表面上微粒缺陷散射场的计算方法

本文通过分析半导体表面上微粒缺陷散射场的光波传播规律,建立了表面上微粒缺陷场的传输模型和数学模型,使定量计算表面上微粒缺陷的散射场成为可能。进一步将入射场和散射场都表达成球矢量波函数的形式,并考虑表面的二次散射作用,用T矩阵将入射场和散射场的展开项系数连系起来。从而得到散射场与入射场之间的一系列定量表达式,并给出计算结果。     

平面波在各向异性晶体中的菲涅耳公式

当各向异性晶体介电主轴坐标系与入射光波所在平面坐标系取向不同时,讨论折射光波场强E的问题变得比较复杂,但是这种情形对于许多双轴晶体的非线性光学现象具有重要影响.在上述两坐标系任意取向的前提下,讨论了平面波从各向同性介质入射到各向异性晶体后,其折射光波电场强度E的大小和方向的一般表达式,证明了折射光波电场强度的方向和大小可以通过求解一元四次方程和电磁场边界条件而得到.对于一些特殊的入射光波方向和具有特殊对称性的晶体,折射光波电场强度E的方向与光波法线方向垂直,也就此特殊情况进行了讨论.利用所得结果,可以讨论两束折射光波能量的分配关系.     

折射率梯度表面机理的研究

本文构建了一种折射率梯度表面,并利用几何光学法对其物理机理作了研究,发现这种折射率梯度表面可以实现入射波到正常反射波,异常反射波,以及介质波的转换.当入射点介质折射率大于某一阈值时,异常反射波束方向角正弦值与入射波束方向角正弦值存在线性关系,意味着平行入射的波经介质后将平行出射到空气;而当折射率梯度常数大于某一阈值时,任何方向入射的波在透射到介质后,将发生全反射,被束缚在介质中.总而言之,通过调节结构参数,可以实现对波束方向与强度的人工调控,从而提供了一种人工可控的全介质梯度表面的工程实现思路.