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。     

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。     

矩形槽光栅矢量模式理论的数值计算

本文根据矩形槽光栅的矢量模式理论进行了数值计算。对于任意入射方向及任意偏振态的入射场，计算了其衍射效率和偏振特性变化，并详细研究了光栅结构参数（周期、槽宽、槽深等）对衍射场的影响。     

任意槽形金属光栅矢量模式理论的数值计算

本文根据任意槽形金属光栅的矢量模式理论，对正弦槽光栅和半椭圆槽光栅的情况进行了推导和数值计算。对任意入射方向和偏振态的入射场，计算了其衍射场的分布情况，并详细研究了光栅结构参数（光栅常数、槽宽、槽深等）对衍射场的影响。     

金属光栅的矢量模态理论

采用矢量模式场展开的方法来研究任意槽形金属光栅对矢量波的衍射效率.当线偏振光在光栅主截面内入射时,其结果与已报道的相同.     

矢量涡旋光束的模式连续可调生成技术

矢量涡旋光束是一种新型的结构光束,具有横截面各向异性分布的偏振态,同时携带有轨道角动量。矢量涡旋光束的这些独特性质使得其在光通信、光镊、激光加工等领域具有重要的应用价值。对于不同的应用,所需的矢量涡旋光束的偏振态、相位分布不同,因此偏振、相位模式连续可调的矢量涡旋光束的生成系统是矢量涡旋光束应用的重要基础。报道了本课题组在矢量涡旋光束生成方面的工作,主要介绍了腔外模式连续可调的矢量涡旋光束的生成方法,以及矢量涡旋光束阵列的生成方法。     

基于多偏振敏感器的太阳矢量测量方法

根据大气偏振模式形成机理,提出了利用多偏振敏感器测量太阳矢量(矢量方向)的方法.介绍了大气偏振模式的形成,设计了由两组偏振单元组成的偏振敏感器,论证了偏振单元之间的最佳设计角度,分析了利用偏振敏感器从大气偏振模式中提取太阳方位信息的方法,进而提出了利用多偏振敏感器测量并结合最小二乘法解算太阳矢量的方法,针对该算法进行了实验验证,并与双偏振敏感器测量太阳矢量方向的方法进行了对比分析.分析结果表明,利用多偏振敏感器测量不仅可以得到高精度的太阳矢量方向,太阳矢量的方位角误差和高度角误差分别为0.2°和1.0°,还解决了双偏振敏感器测量太阳矢量方向时由于最大偏振方向平行引发的突变问题.实验结果验证了利用多偏振敏感器(≥3)测量太阳矢量的方法是可行的.     

波长尺寸表面浮雕光栅的严格理论计算和分析

本文采用麦克斯韦(Maxwell)方程微分积分方程对波长尺寸的梯形反射光栅在TE模式(横向电场)偏振状态入射下,进行严格理论的计算和分析.表面电场计算表明,光栅刻槽斜边边界对于金属材料金和铝光栅表面电场分布具有明显效应,对于入射波长为λ=1.0μm附近的红外区域,金材料具有强烈的金属特性,此时表面电场的斜边边界效应更加明显.表面电场及其远场衍射效率伴随刻槽深度变化,而振荡特性进一步阐明了此效应对近,远场的作用.该方程适用于任意形状光栅或单一散射体对任意入射方向,任意偏振态的衍射和散射问题.     

基于Fox-Li迭代法的偏振敏感谐振腔EI北大核心CSCD

矢量偏振光束的发展对偏振敏感谐振腔的模式计算提出了新的要求,基于Fox-Li迭代法和琼斯矢量理论,提出了用于偏振敏感谐振腔的矢量Fox-Li迭代法。该方法可以计算偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式,包括角向偏振TE01*模和径向偏振TM01*模。通过Matlab编程对球面偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式进行数值计算,计算结果与理论一致,证明了该方法的正确性。然后基于轴快流(FAF)CO2激光器平台,采用组合轴锥镜作为谐振腔的尾镜,得到了2.17kW的角向偏振模式输出,与矢量Fox-Li迭代法仿真结果吻合,实验证明了该方法的有效性和准确性。矢量Fox-Li迭代法对于偏振敏感谐振腔的分析和设计具有重要的指导意义。     

基于Fox-Li迭代法的偏振敏感谐振腔

矢量偏振光束的发展对偏振敏感谐振腔的模式计算提出了新的要求,基于Fox-Li迭代法和琼斯矢量理论,提出了用于偏振敏感谐振腔的矢量Fox-Li迭代法。该方法可以计算偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式,包括角向偏振TE01*模和径向偏振TM01*模。通过Matlab编程对球面偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式进行数值计算,计算结果与理论一致,证明了该方法的正确性。然后基于轴快流(FAF)CO2激光器平台,采用组合轴锥镜作为谐振腔的尾镜,得到了2.17kW的角向偏振模式输出,与矢量Fox-Li迭代法仿真结果吻合,实验证明了该方法的有效性和准确性。矢量Fox-Li迭代法对于偏振敏感谐振腔的分析和设计具有重要的指导意义。     

光盘光学系统的矢量衍射理论分析

本文以完整的矢量衍射理论分析了光盘光学系统。首先将入射的聚焦光束分解为平面波谱 ,得到每个平面波的振幅矢量 ;然后计算光盘对每个平面波的衍射 ,得到衍射波的振幅矢量 ,从而得到了整个衍射波场的空间频谱 ;最后计算物镜光瞳上的能通量 ,得到光盘系统的读出信号。在衍射计算中 ,光盘被定义为二维金属光栅 ,根据信息符的不同模型 ,选用坐标变换方法、耦合波方法或模态方法。对于典型的 DVD光学系统来说 ,矢量理论的结论与标量理论相差甚远 ,要得到正确的结果就必须采用矢量衍射理论     

渐变折射率介质中标准矢量波函数的构成

研究了在渐变折射率介质中构成标准矢量波函数的必要条件。研究结果表明在渐变折射率介质中构成标准矢量波函数除了仍需遵循Morse-Feshbach判据外，领示矢量仅能选取与折射率变化方向一致的那根坐标轴的单位矢量。     

Weibull分布随机波的瞬态极化统计分析——相同形状参数情形

Weibull分布的雷达极化回波特征由三个分布参数来描述：波的强度、极化椭圆率角以及椭圆倾角.在瞬态极化理论的基础上,推导了三个分布参数的联合概率密度函数,标准Stokes矢量统计分布的联合概率密度函数及其边缘概率密度函数,并通过蒙塔卡罗方法进行了计算机仿真,结果验证了理论推导的正确性.Weibull分布随机极化电磁波瞬态极化统计特性的研究对高分辨条件下雷达目标的检测、识别和跟踪领域都有一定的理论指导意义. 关键词： Weibull分布 极化椭圆参数 标准Stokes矢量 统计     

Groundwave propagation over horizontally layered anisotropic media

Expressions for the surface impedance and admittance, and the corresponding Fresnel reflection coefficients are derived for uniform plane TM and TE waves which are obliquely incident upon plane layered anisotropic media. The permittivity and permabi-lity tensors of each layer are assumed to be symmetric, and the propagation vector of the incident wave lies in one of the planes of anisotropy. The results can be used directly in well known formulas for groundwave propagation over isotropic media, and so there is no need to rederive these formulas for the various horizontal or vertical, electrical or magnetic dipole sources. The effect of the anisotropy upon the wave tilt is also discussed.     

Negative refractive behavior of a two-dimensional negative-index photonic crystals using a wave vector diagram method

We have theoretically studied the negative refractive behavior and the focusing effect in a two-dimensional square-lattice photonic crystal made of air rods in a dielectric background. Detailed explanations are given for the effect of the negative refraction, and the imaging of the plano-concave lens is shown by the use of a wave vector diagram formalism. The typical negative refractive behavior is demonstrated by considering the Bloch mode with the wave vector inside the first Brillouin zone, because only those wave vectors inside the first Brillouin zone of multiple Brillouin zones have a definite meaning. The single propagating beam is analyzed by the use of the wave vector diagram formalism following the folding of the wave vectors. Good-quality focusing of a plane wave can be realized by using a photonic crystal plano-concave lens, while a plane wave is formed by a point source placed at the focal point. Our results are in good agreement with the experimental ones shown for a negative-index plano-concave lens by Vodo et al. [Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 201108]. Finally, we also have shown the focusing behavior of a plane wave and a Gaussian pulse by a plano-concave lens structure with high-index modulation instead of air in the concave region.     

Difference between a photon's momentum and an atom's recoil

When an atom absorbs a photon from a laser beam that is not an infinite plane wave, the atom's recoil is less than variant Planck's k in the propagation direction. We show that the recoils in the transverse directions produce a lensing of the atomic wave functions, which leads to a frequency shift that is not discrete but varies linearly with the field amplitude and strongly depends on the atomic state detection. The same lensing effect is also important for microwave atomic clocks. The frequency shifts are of the order of the naive recoil shift for the transverse wave vector of the photons.     

Optical anisotropy of InAs/GaSb broken-gap quantum wells

We investigate in detail the optical anisotropy of absorption of linearly polarized light in InAs/GaSb quantum wells grown on GaSb along the [001] direction, which can be used as an active region of different laser structures. The energy level positions, the wave functions, the optical matrix elements, and the absorption coefficients are calculated using the eight-band k · p model and the Burt-Foreman envelope function theory. In these calculations, the Schr?dinger and Poisson equations are solved self-consistently taking the lattice-mismatched strain into account. We find that a realistic Hamiltonian, which has the C _2v symmetry, results in considerable anisotropy of optical matrix elements for different directions of light polarization and different directions of the initial-state in-plane wave vector, including low-symmetry directions. We trace how the optical matrix elements and absorption are modified when spin-orbit interaction and important symmetry breaking mechanisms are taken into account (structural inversion asymmetry, bulk inversion asymmetry, and interface Hamiltonian). These mechanisms result in an almost 100% anisotropy of the absorption coefficients as the light polarization vector rotates in the plane of the structure and in a plane normal to the interfaces.     

电磁波在等离子体中的非线性吸收衰减

研究平面电磁波在等离子体中的非线性吸收衰减.首先应用电磁波在等离子体中传播的极化理论得到非线性介电函数,进而求出了考虑非线性情况下的波矢.采用垂直入射具有金属衬底的均匀等离子体模型,对不同入射频率的电磁波的衰减以及总出入射功率比进行了数值模拟.与只考虑线性情况的结果作了比较,结果显示非线性项在研究过程中所起的作用是不可忽视的.