单轴各向异性左手介质表面的Goos-H(a)nchen位移

分析了单轴各向异性左手介质表面的Goos-H(a)nchen位移,分别给出了光轴与两种介质的界面垂直和平行情形下的Goos-H(a)nchen位移解析表达式,并分析了Goos-H(a)nchen位移产生的条件以及位移的正负情况.还采用菲涅尔近似的方法给出了临界角附近的Goos-H(a)nchen位移表达式,结果表明临界角附近的Goos-H(a)nchen位移是入射光的束腰半径和入射角的函数,并且给出了临界角入射时Goos-H(a)nchen位移的较为简洁的近似表达式,这样就在整个角度的取值范围内都给出了Goos-H(a)nchen位移的表达式.     

Goos-H(a)nchen位移数值求解及其在光学教学中的应用

微纳光学中Goos-H?nchen位移是重要的现象,虽然通过稳相法可得其数值结果,但学生很难将求解过程与实际物理现象相联系.针对此问题,本文提出基于角谱理论计算光斑的空间分布及反射光斑与入射光斑之间的位移.由于稳相法适用于有限孔径平面波和傍轴高斯光束,为了与稳相法结果对比,本文以高斯光束入射至近零介电常数介质为例进行计算,相关数值计算步骤可推广至任意均匀各向同性介质、任意模式光束的计算,结果表明当入射角度远离临界角时数值计算与稳相法结果相符,但在临界角附近,稳相法结果中存在相位突变形成的极点,不符合实际情况,而数值结果能够更准确的描述高斯光束的偏移情况.本文提供了另一个角度来观察实际光束的Goos-H?nchen位移,可帮助学生加深对Goos-H?nchen位移的理解,了解稳相法适用条件及光束强度分布的变化.     

非常偏振光在单轴晶体表面的反射-透射研究

为分析非常偏振光在晶体表面的能量损耗,给出一种求解反射率和透射率的方法,即根据电磁场的边值关系以及晶体的双折射和双反射现象,求解晶体光轴在入射面内时,非常偏振光从各向同性介质入射到晶体和从晶体出射到各向同性介质两种情况的反射率和透射率的方法,并给出反射率和透射率的解析解,同时得到对于晶体光轴在入射面内的情况,光轴的取向对非常偏振光反射率的大小几乎没有影响,但对产生全反射的临界角θc影响较大的结论。实验上用LiNbO3晶体验证了非常偏振光从各向同性介质入射到晶体时的反射率公式。求解方法简单实用,所给的表达式具有一般性,可以直接使用。     

近零介电常数区超导薄层的Goos-H?nchen位移

Goos-H?nchen(GH)位移是一种特殊的光学现象,具有广泛的应用.构造材料光学性质的差异对同一结构的GH位移有很大影响.在近零介电常数区,本文比较研究了不同偏振态的光波入射到超导薄层上的GH位移.当以大于临界角的入射角入射时,s偏振光的GH位移始终保持为正值,而p偏振光的GH位移的正负与超导材料的介电常数为零时的波长相关联.当入射光波长大于该波长时,GH位移会出现负值.相关参数对不同偏振态下的GH位移的影响存在较大差异.相对于p偏振光,GH位移在s偏振光入射时随相关参数的变化规律较为简单.超导材料在光子学领域具有广泛的应用,计算结果为基于超导材料的新型光子学器件研究开发提供了参考.     

一维光子晶体中亚波长缺陷膜对Goos-H(a)nchen位移的调制特性

利用传输矩阵法分析一维光子晶体中亚波长缺陷膜对缺陷模频率处Goos-H(a)nchen位移的调制特性,讨论了亚波长缺陷膜的厚度、磁导率及介电常量对一维光子晶体缺陷模频率处的Goos-H(a)nchen位移的影响.研究发现:一层几何厚度极小的亚波长薄膜即可非常灵敏地调制一维光子晶体缺陷模频率处Goos-H(a)nchen位移的位置及其大小;并且当亚波长缺陷膜为左手材料时,Goos-H(a)nchen位移随亚波长缺陷膜物理参量的变化趋势与普通右手材料时的情形完全相反.     

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.     

单轴各向异性左手介质表面的Goos-H?nchen位移

分析了单轴各向异性左手介质表面的Goos-H?nchen位移，分别给出了光轴与两种介质的界面垂直和平行情形下的Goos-H?nchen位移解析表达式，并分析了Goos-H?nchen位移产生的条件以及位移的正负情况.还采用菲涅尔近似的方法给出了临界角附近的Goos-H?nchen位移表达式，结果表明临界角附近的Goos-H?nchen位移是入射光的束腰半径和入射角的函数，并且给出了临界角入射时Goos-H?nchen位移的较为简洁的近似表达式，这样就在整个角度的取值范围内都给出了Goos-H?nchen位移的表达式. 关键词： Goos-H?nchen位移 左手介质 单轴各向异性 临界角     

单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hnchen位移

分析了单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hanchen位移,分别给出了光轴与两种介质的界面垂直和平行情形下的Goos-Hanchen位移解析表达式,并分析了Goos-Hanchen位移产生的条件以及位移的正负情况.还采用菲涅尔近似的方法给出了临界角附近的Goos-Hanchen位移表达式,结果表明临界角附近的Goos-Hanchen位移是入射光的束腰半径和入射角的函数,并且给出了临界角入射时Goos-Hanchen位移的较为简洁的近似表达式,这样就在整个角度的取值范围内都给出了Goos-Hanchen位移的表达式.     

单负双负磁导率和电容率介质中的Goos-H(a)nchen位移

推导了Goos-H(a)nchen位移的表达式,讨论了光线从双正介质(电容率ε＞0,磁导率μ＞0)或双负介质(ε＜0,μ＜0)中入射到双正介质、双负介质或单负介质(ε＞0,μ＜0或ε＜0,μ＞0)界面的Goos-H(a)nchen效应.     

光在光轴取向任意条件下的晶体表面透射率

为了分析一束光在晶体表面的能量损失以及两束折射光的能量比,给出了一种求解反射率和透射率的方法。讨论了光从各向同性介质入射到单轴晶体表面时的折射和反射,注意到了e光线与e光波方向的不同,e光折射率与e光波法线折射率的不同,得出了在界面处应该满足的边界方程。在晶体光轴取向任意的条件下,给出了表明各光束间能量关系的折射率和反射率的理论表达式,为晶体器件特性的研究提供了有力的理论工具。数值模拟表明:得到的结果满足能量守恒;反射到各向同性介质中的光的电场(或磁场)与原入射光的电场(或磁场)不再平行;光轴的取向和入射角的大小对折射的o光、e光的能量比有很大的影响。     

Unified theory of total reflection phenomena at a dielectric interface

By utilizing a rigorous plane-wave representation, we investigate the basic wave mechanism that is responsible for both the lateral (Goos-H?nchen) shift of a gaussian light beam incident from a denser medium upon the interface to a rarer medium, and the weak radiance that accompanies the reflected beam. We thus find that the complete reflected field contains a geometric-optics component, whose domain is given by the mirror reflection of the incident beam, as well as a lateral-wave component which occupies a much larger domain. Our results show that the near field of the lateral-wave component interferes with the geometric-optics component and thereby produces the Goos-H?nchen shift of the reflected beam. The intermediate and far fields of the lateral-wave, on the other hand, are responsible for the weak radiance that trails the reflected beam. By demonstrating that both the beam shift and the trailing radiance represent two facets of the same wave process, the lateral-wave field is shown to provide a unified interpretation of two effects that have previously been regarded as separate phenomena. The dependence of these effects on beam width, angle of incidence, and polarization are also considered. Portions of this paper were presented orally at the Fall 1971 Meeting of the Optical Society of America, Ottawa, Canada; October 1971.     

单轴晶体内表面入射e光线的双反射

基于光线遵从的Fermat原理,从几何学的角度讨论和分析了在单轴晶体中入射的e光线在界面上的双反射,得到了确定光线反射方向的一般公式,并对几种特殊情况进行了讨论.指出了上述结果与由电磁波的边界条件计算所得结果是一致的.     

光在两单轴晶体间界面的反射和透射

根据位相匹配条件和应该满足的边界方程,在光轴取向任意的条件下,得到了光在两单轴晶体界面的反射和折射的理论表达式,给出了更普遍的公式计算光能量损失以及两束折射光的能量比。数值模拟表明所得结果满足能量守恒,光轴的取向和入射角大小对晶体中折射的o光、e光的能量比有重大影响,但是对反射率影响很小。只要知道了晶体的有关参数及入射条件,利用所给表达式可以计算各光束光能量比,为晶体器件特性研究提供了有力的工具。由于对光轴取向和入射角度没有任何限制,公式具有普遍性。     

光轴在入射面内的负单轴晶体e光全反射角公式

利用惠更斯作图法推导了光轴在入射面内的负单轴晶体e光全反射角公式i=arcsin1n(n2o-n2e)cos2α n2e,并运用该公式设计和改进格兰-汤姆孙偏振棱镜.研究表明,当光轴垂直于分界面且θ=26°时,所设计的改进型格兰-汤姆孙偏振棱镜用料最省.     

自制的单轴晶体波面演示教具

介绍一种新的小型演示仪器，该仪器用于普通物理光学教学，能形象生动地演示单轴晶体中的光轴，主平面，o光和e光的波面，o光和e光各自的电矢量的反动方向，速率大小关系，并能灵活地结合课堂教学各种实例说明在不同条件下，双折射的产生及其原因。     

光在单轴晶体内表面上的反射

基于电磁波边界条件，从几何光学的角度，对单轴日 体内表面上光的反射规律进行了分析和讨论，给出了寻常光和非常光波法线和光线反射的公式，同时指出了上述结果与由费马原理导出的结果是一致的。     

单轴晶体光轴任意取向时非寻常光的折射规律

在单轴晶体光轴任意取向的情形下 ,应用惠更斯原理导出了非寻常光折射方向的普遍计算公式 ,并给出了确定非寻常光线折射面和折射角的具体解。结合几种熟知的特殊情形进行了简要讨论 ,揭示了文中所得到的折射规律较之斯涅尔定律更具有普遍性 ,从而为光学系统中各类单轴晶体光学元件的应用提供了一个理论依据     

光轴平行晶体表面时的锥光干涉图

针对光轴平行晶体表面时的锥光干涉图,提出了计算干涉场中振幅和相位分布的方法,据此绘制完整的干涉图,方便地显示出晶体参数改变时锥光干涉图的变化规律．用CCD摄像机拍摄了铌酸锂晶体的锥光干涉图,结果与理论完全一致。     

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.