单轴晶体中负折射现象的演示

用惠更斯作图法定性地说明了单轴晶体中负折射现象产生的基本原理,演示了YVO4晶体中发生的负折射现象.该实验有助于学生全面认识折射现象.     

用惠更斯作图法分析单轴晶体中的负折射现象

利用惠更斯作图法说明在普通单轴晶体中适当条件下也存在负折射现象,计算了发生负折射的临界入射角,推导了数值计算负折射角的方程.本文的工作有利于在教学中介绍左手材料及负折射现象时,给予学生正确全面的认识.     

用惠更斯作图法讨论单轴晶体中双波长双负折射现象

近年的研究表明,在右手性的各向异性材料(如普通晶体)中一定条件下也会形成负折射,用惠更斯作图法可以清楚地说明普通单轴晶体中出现的这种情况.本文用惠更斯作图法说明在适当条件下,一束含有两种波长的光入射到单轴晶体中会出现双正折射、一正一负折射、双负折射等物理现象.以钒酸钇晶体为例,计算了发生负折射现象的临界入射角.本文的工...     

负折射现象及其应用

众所周知,光线及所有电磁波在穿越媒质传播时是按J·C·麦克斯韦建立的电磁律行事的.1967年,苏联物理学家维塞拉戈(V.G.Veselago)忽发奇想:如果有一种物质其(麦克斯韦方程中的两个常数)电容率(Electric permittivityε)和磁导率(Magnetic permeabilityμ)均为负值将会出现怎样的有趣现象呢?他的理论推导得出三种可能[1～2]:     

负折射“水”中的筷子

近年来,负折射介质的相关研究已然成为了物理学界的热点问题,其具有的奇异的物理现象不仅频频在网络及媒体上出现,甚至成为了大学本科教学的前沿拓展内容.本文系统研究了筷子及球体放入折射率为-1的假想液体中的成像现象,纠正了先前网络上有关此类现象的错误认识,加深了人们对于负折射成像的理解,并希望对讲授负折射的相关内容有所借鉴.     

负折射材料的非寻常折射

负折射材料是近年来研究人员关注的新型材料,与常规材料相比,它有许多非寻常的表现,特别是光的折射,用惠更斯原理解释了负折射材料的折射规律,并分析了负折射材料制作的一些常用光学元件与传统材料制作的相应光学元件的不同作用。     

波状结构二维光子晶体负折射现象的研究

结合波状结构二维(2D)光子晶体(PC)与入射介质两者的等频面结构分析了PC内部的负折射现象，采用时域有限差分(FDTD)方法模拟了高斯光束在波状结构2DPC内的负折射，分别得到了折射角/入射角以及折射角/入射波长之间的关系曲线，当入射角为45°，入射波段在1485—1530nm区域时，波状结构2DPC的负折射角与入射波长近似呈线性变化关系，并带有明显的PC超棱镜效应，采用端面投影方法对波状结构2DPC的入射端面和出射端面进行处理，改善了负折射时的透过率. 关键词： 光子晶体 负折射 等频面     

光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性

根据单轴晶体的双折射和双反射性质,通过数值计算研究了光轴在入射面内并与晶体界面成任意角时光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性.结果表明,光轴取向对相位变化有较大影响,光从光疏各向同性介质射入单轴晶体时,光轴方向改变反射光p分量的相位突变点,但对折射光p分量相位无影响.光从光密各向同性介质射入单轴晶体未发生全反射时,光轴方向同时影响p分量反射光和折射光的相位突变|发生全反射后,光轴方向影响反射光p分量的相位变化曲线.从单轴晶体出射到光疏各向同性介质未发生全反射时,光轴方向改变反射光p分量的相位跃变规律,折射光p分量在光轴方向和晶面成小角度时在布儒斯特角附近发生相位突变|发生全反射后,反射光p分量的相位变化曲线随光轴方向的改变发生较大变化.     

光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性

根据单轴晶体的双折射和双反射性质,通过数值计算研究了光轴在入射面内并与晶体界面成任意角时光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性.结果表明,光轴取向对相位变化有较大影响,光从光疏各向同性介质射入单轴晶体时,光轴方向改变反射光p分量的相位突变点,但对折射光p分量相位无影响.光从光密各向同性介质射入单轴晶体未发生全反射时,光轴方向同时影响p分量反射光和折射光的相位突变;发生全反射后,光轴方向影响反射光p分量的相位变化曲线.从单轴晶体出射到光疏各向同性介质未发生全反射时,光轴方向改变反射光p分量的相位跃变规律,折射光p分量在光轴方向和晶面成小角度时在布儒斯特角附近发生相位突变;发生全反射后,反射光p分量的相位变化曲线随光轴方向的改变发生较大变化.     

单轴晶体和各向同性介质交界面上e光光线的折射

根据光在各向异性介质中遵从的Ｆｅｒｍａｔ 原理,较系统地讨论了单轴晶体和各向同性介质交界面上的ｅ 光（ 非常光） 光线的折射,得到了光轴在任意取向情况下的折射基本公式。同时给出一般情况下确定ｅ 光线折射角的具体解。在此基础上对几种特殊的光轴取向给予了较详细的讨论。最后讨论了ｅ 光线的折射公式与ｅ 光波法线的折射定律的等价性,从而说明Ｆｅｒｍａｔ 原理与光的电磁波理论存在内在的一致性。     

双曲色散型单轴左手介质中的折射

研究了横磁波在各向同性右手介质和双曲色散型单轴左手介质界面处波矢和能流的折射。计算发现,当入射角在很大范围内变化时,波矢的折射角和能流的折射角几乎不变。调节光轴角可使波矢折射角和能流折射角随入射角变化不敏感的现象更明显,经分析计算给出光轴角的调节范围。这一现象是由双曲色散型单轴左手介质的各向异性及负的主折射率引起的,可以用来实现光束准直、光束整合、光束压缩以及方便的光束耦合。如果光从双曲色散型单轴左手介质向各向同性右手介质入射,还能实现超棱镜(superprism)现象。计算了横磁波穿越界面时的透过率,证实双曲色散型单轴左手介质可能实现上述应用。     

含负折射率材料的一维“啁啾”光子晶体的透射谱

将"啁啾"函数引入到含负折射率材料的一维光子晶体中,利用转移矩阵法对这种光子晶体的透射谱进行了研究。通过计算模拟了这种光子晶体的透射谱随入射角、频率的变化关系,并计算了这种晶体的复有效折射率的表达式。结果表明,当"啁啾"函数对厚度调制不大时,该晶体具有很宽的反射带,并且反射带对入射角度反应不敏感,其原因是由于其复有效折射率的实部几乎为0,而虚部较大。利用这一特性可以用来制作高品质的宽带全方位反射镜。     

Analysis of Internal Conical Refraction Using Ray Tracing Formulas for the Biaxial Crystal

Internal or external conical refractions are strange optical phenomena appearing in biaxial crystal. In this paper the analysis of internal conical refraction is derived using the ray tracing formulas for the biaxial crystals, after explaining the theory of the ray tracing for the biaxial or uniaxial crystals. The double rings of conical refraction are also investigated; these are affected by the polarization state or angular intensity distributions of the incident light beam causing conical refraction.     

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.     

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.     

Asymmetry in Negative Refraction of Nonlinear Waves

Recently, inwardly propagating waves （called antiwaves, AWs） in nonlinear oscillatory systems have attracted much attention. An interesting negative refraction phenomenon has been observed in a bidomain system where one medium supports forwardly propagating waves （normal waves, NWs） and the other AWs. In this paper we find that negative refraction （NR） in nonlinear media has an asymmetric property, i.e., NR can be observed only by applying wave source with proper frequency to one medium, but not the other. Moreover, NR appears always when the incident waves are dense and the refractional waves are sparse. This asymmetry is a particular feature for nonlinear NR, which can neither be observed in linear refraction processes （both positive and negative refractions） nor in nonlinear positive refraction. The mechanism underlying the asymmetry of nonlinear NR are fully understood based on the competition of nonlinear waves.     

含负折射率材料的一维光子晶体缺陷模式的研究

采用光学传输矩阵方法,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中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

Asymmetry in Negative Refraction of Nonlinear Waves

Recently, inwardly propagating waves (called antiwaves, AWs) in nonlinear oscillatory systems have attracted much attention. An interesting negative refraction phenomenon has been observed in a bidomain system where one medium supports forwardly propagating waves (normal waves, NWs) and the other AWs. In this paper we find that negative refraction (NR) in nonlinear media has an asymmetric property, i.e., NR can be observed only by applying wave source withproper frequency to one medium, but not the other. Moreover, NR appears always when the incident waves are dense and the refractional waves are sparse. This asymmetry is a particular feature for nonlinear NR, which can neither be observed in linear refraction processes (both positive and negative refractions) nor in nonlinear positive refraction. The mechanism underlying the asymmetry of nonlinear NR are fully understood based on the competition of nonlinear waves.     

Structured Surfaces for Generation of Negative Index of Refraction

Materials with negative index of refraction have properties that are not naturally available. Such properties can be used to develop novel devices like the superlens which can surpass the diffraction limit. Optical cloaking can be achieved through this negative refractive index method. This article reviews the progress made in the area of negative refractive index materials from the first generation of negative electrical permittivity to the demonstration of negative index of refraction at optical frequency, with the relevant discussion on the physics of these materials. The prime focus of this article is on experimental demonstrations and fabrication related issues of negative refractive index materials which makes use of structured surfaces.     

饱和非线性效应对负折射材料中孤子自频移的影响

以描述负折射材料中包含拉曼效应的高阶非线性薛定谔方程为模型,采用分步傅里叶算法数值分析了高阶效应,尤其是饱和非线性效应对自聚焦负折射率材料中的孤子拉曼自频移的影响。结果表明,在自聚焦负折射率材料中饱和非线性效应使孤子拉曼自频移速度加快;饱和非线性效应与负的自陡效应共同作用进一步加快孤子自频移的速度;饱和非线性效应同正的自陡效应、三阶色散效应共同作用时孤子拉曼自频移在整体上受到抑制。