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。     

光由光密介质射向光疏介质时半波损失的条件

本文通过对反射波和入射波振幅的比值关系进行详细解析推导、作图呈现和分析讨论,给出反射光和入射光相位差在折射率-入射角空间的详细分布图,并指明半波损失发生的各种条件,其中包括光由光密介质射向光疏介质时反射光发生半波损失的条件.研究表明当光束由光密介质射向光疏介质时反射波也可能发生半波损失,而当光束由光疏介质射向光密介质时反射波也不是一定会发生半波损失.澄清和补充了一些现有教科书中不很明确的结论.     

全反射现象及其在集成光学中的应用

当光从光密介质ｎｌ射向光疏介质ｎ２（ｎ１＞ｎ２）,入射角θ１。逐渐增大到临界角θｃ＝ａｒｃｓｉｎｎ２／ｎ１时,继续增大θｌ,使θ１＞θｃ,光线将全部被反射回入射光所在的介质,此时,光疏介质中完全没有折射光产生．这就是我们所熟知的光的全反射现象．全反射是一种普通常见的光学现象．由于全反射时,入射光的全部能量完全被反射而没有折射损失,所以许多光学仪器都利用全反射来改变光线的传播方向和使象倒转;在?...     

利用光的全反射原理分析蜃景现象

光在均匀介质中是沿直线传播的,如果光介质的密度发生改变时,光路将随着发生改变．光线从光密介质射向光疏介质时,随着入射角的不断增大,折射角也不断地增大,并且折射光线的强度在减弱,反射光线的强度在增强如果介质的折射率为n．     

菲涅尔公式讨论光波反射和折射时振幅的变化

光波在两种均匀各向同性媒质界面上发生反射和折射时,入射波、反射波、折射波的振幅、位相、能流密度等,均可以用电磁波理论中的菲涅尔公式给予分析.利用菲涅尔公式,讨论了光波由光疏介质进入光密介质和由光密介质进入光疏介质两种情况下,反射光和折射光的振幅变化,发现当光从光密介质进入光疏介质时,振幅变大,即振幅不满足"能量守恒"的...     

光波在界面上的磁矢量半波损失研究

利用电磁场的边值关系推导出了平面光波入射到两介质分界面时光波磁矢量的菲涅耳公式。通过画出反射系数和透射系数随着入射角的变化曲线,分析当平面光波正入射或掠入射时,磁矢量反射系数和透射系数中的相位变化,总结出了光波入射到两介质分界面时磁矢量出现半波损失的条件。与平面光波入射到两介质分界面时电矢量半波损失条件不同,当平面光波从光疏介质掠入射到光密介质或者从光密介质正入射到光疏介质时,反射光波的磁矢量会发生半波损失。     

浅析海市蜃楼的成因

 海市蜃楼是一种自然现象,但在被充分认识以前,往往被人们神秘化、甚至迷信化。其实海市蜃楼就是阳光在大气中折射而产生的一种光学现象。当一束光线从一种透明介质到达另一种透明介质时其线路会发生改变,这就是光的折射。如图1所示:ML为透明介质A、B的分界面,N为法线,θ1为入射角,θ2为折射角。设光在A中的速度为v1,在B中的速度为v2,由折射定律可得:sinθ1sinθ2=v1v2.我们通常把光速较快的介质叫光疏介质,把光速较慢的介质叫光密介质。由上面的式子可知:光线从光疏介质进入光密介质时,入射角大于折射角,光线折向法线。     

另类全反射及光学隧穿中的电磁波

讨论了在被称之为受阻全内反射的隧穿过程中发生在由光疏介质到光密介质界面上的一种全反射现象，指出隧穿过程中的隧穿能流密度是隧穿区域内的入射波和反射干涉的结果，进而给出了隧穿区域和透射区域光波的多次反射的表达式。     

再谈半波损失和薄膜干涉

本文的主要内容有四点.一是对近期本刊发表的《光由光密介质射向光疏介质时半波损失的条件》作补充讨论,给出一些数学公式上的解释和相应的物理情景.二是讨论该文中谈到的一些关于半波损失的看法,并指出当偏振平行于入射面的光从光密介质入射到光疏介质、且光密介质折射率远大于光疏介质折射率时,一般不会有半波损失.三是给出薄膜干涉的定量计算结果,展示了在通常情况下,教科书上的薄膜干涉公式结果与按菲涅耳公式计算的结果是非常接近的.四是指出,教科书上的薄膜干涉公式所指示的暗纹条件恰好是正确的,但对于亮纹条件,在某些情况下,该公式会得出完全错误的结果.     

气泡的远场干涉分析及应用

提出了一种分析气泡远场干涉的理论模型。平行激光束照射到透明介质中的气泡上,折射光束与全反射光束在远场发生干涉形成内密外疏圆环状干涉条纹,推求了两平行出射光线的光程差公式和两光线之间的距离公式,分析了圆环状干涉条纹内密外疏的原因,给出了计算干涉条纹存在区域和最高干涉级的方法。通过干涉方法可以测量气泡的直径,能够用于介质深处气泡尺寸的测量。利用远场干涉对玻璃水箱、平板玻璃、玻璃棱镜中的气泡直径进行了测量,其中玻璃棱镜中气泡直径测量结果与用阿贝比长仪测量结果对比,相对差为0.9%。预期了气泡远场干涉在运动气泡尺寸、泡内气体折射率、透明光疏介质中光密介质球尺寸测量等方面的应用。     

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.     

基于金属孔阵列的聚酰亚胺薄膜太赫兹探测

优化设计了多种不同孔径和形状的太赫兹波段的亚波长金属孔阵列结构,结合超薄低折射率的聚酰亚胺（PI）薄膜,探索了太赫兹时域光谱技术对超薄低折射率的探测灵敏性。利用飞秒微加工技术制备了一系列亚波长金属孔阵列结构,利用太赫兹时域光谱技术测试了阵列结构的反射波谱,获得了强烈的反射共振现象。然后在亚波长金属孔阵列结构背面叠加PI薄膜,结果表明太赫兹反射峰出现了显著低频移动现象。利用这一现象,实现了低至10 m的PI薄膜的有效探测,说明亚波长金属孔阵列结构在太赫兹传感领域对检测超薄低折射率薄膜材料有极强敏感性。收稿日期:; 修订日期:     

基于金属孔阵列的聚酰亚胺薄膜太赫兹探测

优化设计了多种不同孔径和形状的太赫兹波段的亚波长金属孔阵列结构,结合超薄低折射率的聚酰亚胺（PI）薄膜,探索了太赫兹时域光谱技术对超薄低折射率的探测灵敏性。利用飞秒微加工技术制备了一系列亚波长金属孔阵列结构,利用太赫兹时域光谱技术测试了阵列结构的反射波谱,获得了强烈的反射共振现象。然后在亚波长金属孔阵列结构背面叠加PI薄膜,结果表明太赫兹反射峰出现了显著低频移动现象。利用这一现象,实现了低至10 m的PI薄膜的有效探测,说明亚波长金属孔阵列结构在太赫兹传感领域对检测超薄低折射率薄膜材料有极强敏感性。收稿日期:; 修订日期:     

One dimensional photonic band gap material as an omnidirectional reflector

In this article, the reflection properties in one-dimensional dielectric-dielectric photonic band gap (PBG) structure have been studied. We have used SiO₂ as material of low refractive index and Te as a high refractive index material. Reflectivity of proposed PBG structure is plotted as a function of wavelength and angle of incidence and omni-directional PBGs are computed theoretically. To obtain reflectance, we used transfer matrix method for solving Maxwell’s equations for electromagnetic wave in PBG structures. For a large range of frequency, the PBG structure is found to exhibit omni-directional reflection which can be exploited in devices such as optical resonators, mirrors, etc.     

梨花粉红外波段复折射率测定与分析

花粉是生物气溶胶重要的组成部分,复折射率是研究花粉光学特性以及探测、识别生物气溶胶成分的重要参数。采用压片法对梨花粉2.5~15 μm波段的反射光谱进行了测量,利用Krames-Kronig(K-K)关系计算了复折射率,并就傅里叶红外光谱仪测试压片的入射角和复折射率长波长、短波长区外推两方面对结果作了误差分析。结果表明,测试时18°入射角以及长波长、短波长区外推对梨花粉复折射率的计算结果影响不大,利用反射光谱计算花粉复折射率的方法是可行的。计算得到的复折射率谱对梨花粉光学特性的研究以及生物气溶胶成分的探测、识别有一定的参考价值。     

Photonic Jet by a Near‐Unity‐Refractive‐Index Sphere on a Dielectric Substrate with High Index Contrast

Photonic jets are normally generated in transmission mode and are represented as a spatially localized high‐intensity region on the shadow side of a particle‐lens, with a background to medium refractive index contrast of 1.3–1.7 while illuminated by a plane wave. Here, a photonic jet is discovered in the opposing plane wave propagation direction and lies in the area in the upper boundary of a near‐unity refractive index sphere on a high refractive index dielectric substrate. The redistribution of the power flow is inhibited during the reflected wave passing the near‐unity refractive index sphere. This has led to a unique effect on the focus position and shape of the produced photonic jet in reflection mode which can be maximally maintained near the sphere regardless of the modulation of the refractive index for the dielectric substrate material.     

Parametric Doppler effect in the case of oblique incidence in a medium with a plasma dispersion law

The parametric Doppler effect that occurs upon reflection of a plane monochromatic wave obliquely incident on an inhomogeneity of the refractive index moving in a medium with a frequency dispersion (homogeneous wave regimes) is analyzed. For a plasma-type frequency dispersion, the dependences of the frequency and angle of reflection on the frequency of the incident wave and on the angle of incidence are found.     

光波导技术同步测量棱镜及波导薄膜参数

依据全反射理论和棱镜耦合原理,实现了对棱镜折射率及波导薄膜材料折射率和厚度的同步测量。使用高准直半导体激光器激光入射到棱镜内部与波导膜的分界面上,逐步旋转棱镜或改变棱镜的入射角,得到棱镜耦合M线,曲线前面几组的波谷为波导模激发,在M线左侧收尾处有一个不完整波峰,其反射光强随入射角迅速衰减,为全反射时的临界点,由此可实现棱镜及波导薄膜参数的同步测量;用此法测量了棱镜耦合一体化平面波导棱镜的折射率和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物波导薄膜的折射率和厚度。测量棱镜折射率精度为±1.9×10-4,波导薄膜折射率和厚度的精度分别为±6.2×10-4 μm和±1.6×10-2 μm。     

超低折射率特异材料天线

采用金属网格和泡沫材料实现低折射率材料媒质,并对其参数进行了优化,辐射源采用单极天线,制作了样机。利用HFSS电磁仿真软件对应用低折射率材料媒质天线与传统天线的方向性进行了对比研究,并研究了辐射源的参数对定向天线的性能影响。对样机进行了测试,测试结果与仿真结果比较吻合,与传统天线相比较,基于超低折射率特异材料的天线方向性明显提高。因此,选择适当电磁参数的超低折射率特异材料,用于定向天线的设计,可以改变传统天线的设计。     

超低折射率特异材料天线

采用金属网格和泡沫材料实现低折射率材料媒质,并对其参数进行了优化,辐射源采用单极天线,制作了样机。利用HFSS电磁仿真软件对应用低折射率材料媒质天线与传统天线的方向性进行了对比研究,并研究了辐射源的参数对定向天线的性能影响。对样机进行了测试,测试结果与仿真结果比较吻合,与传统天线相比较,基于超低折射率特异材料的天线方向性明显提高。因此,选择适当电磁参数的超低折射率特异材料,用于定向天线的设计,可以改变传统天线的设计。