含正负材料的一维光子晶体的光学特性研究

为了得到新的传输性质,把具有负介电常数和磁导率的负折射率材料引入到光子晶体当中,运用Maxwell电磁波方程和Bloch理论得到的含正负折射率材料的色散关系的解析式,分别分析一维无限周期且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禁带结构和色散特性,并与常规的正折射率材料的光子晶体比较,发现含正、负折射率材料且呈周期性重复的双层结构的复合光子晶体其光子具有较宽禁带,为设计超宽禁带的光子带隙结构提供了一定的理论可能性。     

光束穿过负折射率介质板的横向位移

众所周知，在常规介质中光的折射和反射遵循Snell定律。早在1968年，前苏联科学家Veselago就在理论上预言了负折射率材料的存在．近年来，由于美国Smith率领的研究小组利用类似于光子晶体的人工材料实现了负折射率材料，引发了人们研究负折射现象的热情．近期，Berman研究了负折射率界面上的反向Goos-Haenchen(G-H)位移．此外，     

用数值方法研究含负折射率材料的一维光子晶体的色散特性

在传统的二元一维光子晶体中,如果有一种材料在某一段频带范围内显示出负折射率特点,此光子晶体的色散特性肯定不同于传统的光子晶体.首先通过建立简单的模型推导出光波在光子晶体中传播的表达式,然后进行数值模拟和分析,并引入负折射率表达式,仿真得到这种光子晶体的色散图形.研究结果表明,该光子晶体在微波频段存在多个小的禁带,可以作为多通道滤波器.在高频带,当构成光子晶体的两种材料的厚度发生改变时,禁带的位置也会变化.     

E型左手材料

由于E型结构具有产生负磁导率所需的等效电感和等效电容,据此提出一种新型左手材料,用E型SRR来实现负的磁导率,金属线结构来实现负的介电常数。等效模型分析证实这个结构确实能够实现稳定的左手特性。有限元法仿真并用S参数法提取等效介电常数、等效磁导率和折射率,得到样本在11.5～14GHz频段内具有明显的负折射率特性。棱镜折射实验也再次证明了该结构的负折射率特性。     

海上大气负折射现象及其对电波传播影响分析

近地层负折射结构是海洋大气环境中一种少见的异常折射结构,它对电磁波传播的影响与蒸发波导陷获电磁波传播的效果截然相反.利用蒸发波导模型中的伪折射率概念,研究了海洋大气近地层负折射层高度及廓线参数的计算方法,通过仿真手段比较分析了负折射与蒸发波导的差异及其对电磁波传播影响的"反波导"特征,并利用2002年5月福建平潭岛的试验数据对负折射廓线及其对电磁波影响的"反波导"特性进行了验证分析.     

部分填充手征负折射率介质的平行板波导

部分填充手征负折射率介质的平行板波导中电磁波传输的导模特性进行了研究,给出了导模的场分布公式,推导出导模的特征方程.数值计算了导模的色散特性曲线、功率曲线和能流分布,探讨了手征负折射率介质层的厚度、手征参数等对导模特性的影响,发现了导模的一些奇异特性,如存在表面波模、功率流动方向与相位传播方向相反的后向波、功率储存、传播常数三值、模式交叉等现象,还发现此波导中存在电磁波传播的禁带.     

电磁波在正、负折射率媒质形成斐波那契准晶中的传输特性

利用传输矩阵方法研究了光在由正、负折射率介质构成的FC(N)准晶链排列的多层介质膜中传播时的电磁波透射谱性质。结果表明由于负折射率媒质的存在,电磁波透射谱得到了明显的改善,特别是透射谱的禁带宽度明显加宽。     

电磁波在正、负折射率媒质形成斐波那契准晶中的传输特性

利用传输矩阵方法研究了光在由正、负折射率介质构成的FC（N）准晶链排列的多层介质膜中传播时的电磁波透射谱性质。结果表明由于负折射率媒质的存在，电磁波透射谱得到了明显的改善，特别是透射谱的禁带宽度明显加宽。     

中红外波长负折射率液晶材料

在包含碳化硅核壳微球的向列相液晶中,理论计算发现在13～13.2μm中红外波段范围出现了负折射率。由于强烈声子激化共振产生大的介电常数,碳化硅微球在13.1μm附近产生负磁导率。通过确定壳层材料的等离子参数,获得了负折射率。电磁模拟解释了负介电常数和负磁导率产生的机理。     

孔型对金属介质金属三明治结构超材料的透射率和负折射率的影响

通过改变长方形孔的长度,利用数值模拟研究了金属-介质-金属三明治结构超材料的透射率,负折射(NRI)率和品质因数(FOM)等性质.研究结果表明,随着长方形孔的长度的增大,低频透射峰和最大透射峰都出现了红移现象.长方形孔的负折射率和负折射带宽则随着长方形孔的长度的增大而减小.这意味着可以通过调节金属-介质-金属三明治结构超材料的孔阵列的长度获得较高的透射率或者负折射率.这些结果为开发太赫兹范围的光电器件提供可能的理论.     

含负折射率介质光子晶体的斜角禁带

研究了由正负折射率介质交替排列构成的光子晶体的传输特性,负折射率材料(NIM)是有损耗的Drude色散媒质。研究发现,这类光子晶体具有零折射率带和传统的Bragg带,此外在NIM的折射率接近于零的频域还出现了一个新型的禁带——斜角带。该斜角带的位置与晶格参数无关,其带宽较小;在电磁波垂直入射时禁带消失,但随着入射角的增大禁带逐渐展宽,且TM模的带宽大于TE模。     

纳米异向介质的缺陷模

在实际 THz 负折射指数物质应用中,形状的改变和现有的光刻技术的精度,对负折射特性造成什么影响研究在实际工程设计中具有重要意义.下面利用有限积分法模拟形状变化和光刻精度产生的缺陷对负折射谐振频率和通带的影响.得出由于谐振环之间的耦合,SRR 对称破缺影响谐振频率和通带.光刻技术的精度满足 THz 负折射指数物质的要求.     

负折射率及零折射率光纤的光学特性

研究了芯层折射率为正,包层折射率为负的光纤导模光学特性,通过色散曲线分析比较了与常规光纤的不同,表现为低阶的简并的模式更少,单模存在的区域更多。进而分析了当包层折射率趋于零时的光学特性,发现与前两种光纤的光学特性都不同。分析发现当包层的介电常数和磁导率有一个为零时,在较小的区域各自出现了一条单模,与常规光纤的HE11模特性有很大不同,其色散曲线偏离方式与常规光纤相反,且出现了无模式存在的区域。     

左右手材料光子晶体能带结构及表面波色散关系

根据平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理,通过参数匹配的方式,研究零平均折射率及表面含覆盖介质层条件下左右手材料光子晶体的能带结构和表面波的色散关系,结果表明:零平均折射率条件下,左右手材料光子晶体不同于正折射率材料光子晶体,能带结构中出现半封闭状禁带、封闭状禁带和通带,且通带中的分立能级沿着低频方向呈现振荡衰减和多重简并趋势,能带结构沿着波矢绝对值增大方向趋于简并至消逝。添加表面覆盖介质层的左右手材料光子晶体支持正反表面波和反向表面波的传播,部分半封闭状或封闭状禁带边缘出现简并能级分裂,形成禁带中斜率有正有负的分立色散曲线。表面覆盖介质层厚度可调制色散曲线的频率位置和数目,随覆盖介质层厚度增大,分立色散曲线向波矢减小方向移动,且高频区域半封闭状禁带中的色散曲线在覆盖介质层厚度达到一定数值时还出现耦合分裂现象,但覆盖介质层厚度变化对能级的多重简并和通带与禁带的简并态不产生影响。左右手材料光子晶体的能带结构特点和表面波色散特性,可为新型光波导器件的研究和设计等提供指导。     

基于光纤端面回波的流体折射率传感器

从理论和实验上研究了一种操作简单、价格低廉、灵敏度高的折射率光纤传感器。该传感器采用光纤回波强度调制原理,用半导体激光器作为光源,普通光功率计作为光电探测器,传感头为普通光纤端面。根据回波损耗随界面物质折射率不同而发生变化的机制,导出相对回波强度与折射率之间的对应关系。计算证明相对回波强度参量的引入能够有效地消除仪器的不稳定性、内部损耗和环境影响带来的测量误差,提高测量精度。灵敏度分析表明,对于具有0.01dBm的仪器测量精度,相应的折射率分辨率可达2×10-4折射率单位。实验结果表明在液体折射率1.30~1.45的范围内,测量值均能很好地与理论值相符合,且相对偏差低于5%。     

线性共蒸法制备渐变折射率薄膜的光学特性分析

利用德鲁德理论和洛伦兹一洛伦茨理论，从介电常数分析人手，探讨了混合介质膜的折射率表达式，给出利用双源共蒸法镀制的渐变折射率薄膜在混合介质膜的总沉积速率恒定、两种膜料的单分子大小近似相等和沉积速率均为线性变化时的折射率表达式；从正变和负变、单周期和多周期、不同的周期数和不同的单周期厚度几个方面对渐变折射率薄膜的光学特性进行了模拟分析和讨论；对渐变折射率薄膜的实现、应用以及实验制备中有待进一步解决和处理的问题进行了讨论。     

氟化聚酰亚胺光波导材料制备工艺及性能研究

为了能合成较大分子量的氟化聚酰亚胺光波导材料,采用了几种不同制备工艺,找到了较好的合成大分子量氟化聚酰亚胺的工艺,利用智能傅里叶红外光谱仪测量了合成的氟化聚酰亚胺的红外光谱,证实了材料的结构。为了证实氟化聚酰亚胺可以作为优越的光波导材料,对材料做了热重分析和差示扫描量热测试,材料在530℃左右才会分解,说明材料具有良好的热稳定性。同时利用薄膜测试仪测试分析了材料折射率与含氟量以及折射率和温度之间的关系。结果表明,折射率与含氟量、温度都呈线性关系。     

YbF3和ZnS薄膜的折射率和厚度的分光光度法测定

本文给出了一种简单而准确地确定光学薄膜折射率和厚度的方法。利用分光光度计分别测量光学薄膜样品以及基底透射率曲线，采用柯西（Cauchy）色散模型以及非线性单纯形优化法对透射率测量曲线进行拟合，从而确定薄膜的光学常数和厚度。采用电子束热蒸发和电阻热蒸发方法，分别在CaF2基底上镀制ZnS薄膜和在Al2O3基底上镀制YbF3薄膜，通过测量其在400nm-2600nm波段内的透射率曲线，计算出ZnS和YbF3薄膜材料的折射率色散曲线以及膜层厚度。     

会聚光全反射法测量物质折射率

使用会聚光从折射率已知的光学材料中入射并聚焦到该光学材料与待测的物质的分界面上，测量反射光强度或反射率的空间分布，根据全反射原理可计算出待测物质的折射率，这是一种简便且易于用计算机控制和自动采集并处理数据的方法，适用于微小样品的各种材料（包括生物组织体）的折射率性质的研究。